Современный уровень развития народно-хозяйственной деятельности в регионах Арктической зоны России по разведке и освоению новых месторождений газа и нефти, работа предприятий по переработке и утилизации радиоактивных отходов (РАО), а также деятельность атомного морского флота становятся причинами возрастающего техногенного воздействия на эти территории [1]. Среди многочисленных экологических проблем арктических регионов важное место занимает радиоактивное загрязнение [2]. Поэтому для дальнейшего безопасного развития регионов Арктической зоны РФ необходимо постоянное проведение мониторинга радиоэкологического состояния окружающей среды, важной составляющей которого является радиологический мониторинг морских вод и донных отложений северных морей. Информация об уровне загрязнения водных экосистем необходима для решения природоохранных вопросов, особенно на локальных акваториях с относительно высокими уровнями искусственных изотопов 134,137Сs, 90Sr, 238Pu, 239-240Pu. Также это важно для организации системы экологической безопасности в случае применения при нефтегазодобыче на шельфе атомных энергетических установок и для случаев аварийных ситуаций на объектах с атомными реакторами [3].
Изучение радиоэкологического состояния арктических морей ассоциируется, в первую очередь, с исследованием Баренцева моря, воды которого загрязняются техногенными радионуклидами с начала испытания атомного оружия по настоящее время. Баренцево море подвержено, по сравнению с другими морями Северного Ледовитого океана, наиболее сильному влиянию потока вод из Северной Атлантики, определяющему высокий уровень радиационного воздействия на морскую экосистему [4]. Баренцево море обладает высоким рыбопромышленным потенциалом. При оценке негативного влияния радиоактивного загрязнения на компоненты морской биоты и связанных с этим рисков для населения необходимы знания закономерностей накопления и миграции радионуклидов в экосистемах моря [5].
С целью подтверждения важности проведения научно-исследовательских работ по оценке и контролю радиоэкологической обстановки, как для решения практических задач (определения оптимальных способов экологически безопасного освоения природных ресурсов региона и ведения народнохозяйственной деятельности), так и для теоретического изучения глобальных процессов, протекающих в окружающей среде, в данной работе представлены результаты радиоэкологического мониторинга региона Баренцева моря, полученные за длительный период наблюдений, в процессе изменения приоритетных источников загрязнения радионуклидами окружающей среды в этом регионе. Сделан вывод, что, с учетом вероятности возникновения аварийных ситуаций на ядерно-опасных объектах региона, регулярный радиоэкологический мониторинг акватории Баренцева моря сохраняет свою актуальность.
Исследование содержания 137Сs и 90Sr в акватории Баренцева моря
Современная радиоэкологическая обстановка в Баренцевом море сложилась под воздействием целого ряда источников техногенного загрязнения. Сброс отходов радиохимических западноевропейских комбинатов, глобальные выпадения радионуклидов, обусловленные проведенными на архипелаге Новая Земля ядерными испытаниями и аварийным выбросом после аварии на ЧАЭС, деятельность атомного морского флота и предприятий по переработке и утилизации радиоактивных отходов (РАО), а также размещение пунктов захоронения РАО и объектов с отработанным ядерным топливом (ОЯТ) определяют уровень загрязнения морских вод в этом регионе [6; 7].
К наиболее значимым радионуклидам, требующим постоянного контроля за их содержанием в природных водах, относятся 137Сs и 90Sr. 137Cs имеет высокую радиотоксичность (β- и γ-излучатель) и повышенную растворимость в водных средах [8]. 90Sr имеет долгий период полувыведения из организма человека (11 лет); при попадании в организм быстро не выводится, прочно фиксируясь в костях. Являясь токсикантами, легко встраивающимися в процессы метаболизма, и имеющими длительный период полураспада, эти радионуклиды своим присутствием в окружающей среде представляют серьезную опасность для здоровья людей. Поэтому при проведении мониторинга радиоэкологической ситуации в акватории Баренцева моря одной из приоритетных задач является оценка содержания 137Сs и 90Sr в исследуемых образцах.
Объемные активности 137Сs и 90Sr в водах Баренцева моря вблизи его границы с Норвежским морем, полученные в ходе периодических экспедиционных обследований, приведены в [9]. Приведены данные о вкладах разных источников загрязнения в поступление радионуклидов в Баренцево море. Сделан вывод, что основным источником радиационного загрязнения в 1961–1970 гг. являлись атмосферные глобальные выпадения продуктов ядерных взрывов, а после 1971 гг.– трансокеанический перенос радиоактивных отходов западноевропейских радиохимических заводов. В [10] приведены оценки концентраций 137Сs и 90Sr в морской воде на различных глубинах; проанализировано изменение отношения концентраций 137Сs/90Sr в зависимости от влияния течений. Подтверждено существенное влияние загрязненных радиоактивными отходами вод Норвежского прибрежного течения на радиационную обстановку в Баренцевом море: поступление локального 137Сs из Норвежского моря только за один 1982 г. составило около 35 % суммарного выпадения радионуклида в результате всех ядерных испытаний, проведенных до 1978 г.
Существенный вклад в исследование радиоэкологической обстановки региона Баренцева моря внесен специалистами Мурманского морского биологического института. Результаты многолетних наблюдений, проводимых начиная с 50-х годов ХХ века, представлены в широком ряде работ.
Оценка потоков 137Сs и 90Sr в Баренцевом море представлена в [11]. Приведены годовые балансы 137Сs и 90Sr для широкого диапазона временных периодов начиная с 50-х годов ХХ века. Установлено, что главной составляющей приходных частей годовых балансов радионуклидов в Баренцевом море с 1960 по 2009 г. является перенос 137Сs и 90Sr по системе течений из Норвежского моря. Атмосферные выпадения вносили существенный вклад в радиоактивное загрязнение моря в 1950–1960-е гг. и 1986 г. Поступление 137Сs и 90Sr с речными водами, так же как и при сливах жидких радиоактивных отходов в результате аварийных ситуаций, незначительно. В современном балансе 137Сs и 90Sr трансграничный перенос из Норвежского моря для каждого радионуклида составляет около 99 % от общего поступления. В 1960-1980-х гг. отмечено значительное преобладание изотопов 137Сs; в 1990-е гг. 137Сs и 90Sr поступали из Норвежского моря примерно в одинаковых количествах; в настоящее время перенос 90Sr преобладает над переносом 137Сs [11].
В [12] также отмечено, что трансокеанический перенос радиоактивных отходов западноевропейских радиохимических заводов в Селлафилде и на мысе Аг заметно повлиял на радиоактивное загрязнение всего Баренцева моря. Максимальные объемы сброса в Селлафилде были зафиксированы в 1974–1978 гг. Через 5-6 лет сброшенные радионуклиды 137Сs и 90Sr попали в Баренцево море. Концентрация 137Сs в начале 80-х годов в отдельных районах моря достигала 30 Бк/м3, что в несколько раз выше уровня, обусловленного атмосферными выпадениями. С конца 1970-х гг., с уменьшением значимости последствий ядерных испытаний, трансокеанический перенос сбросов радиохимического завода в Селлафильде становится основным источником поступления радиоизотопов в Баренцево море в целом. В 1990-е годы отмечено резкое снижение концентраций радионуклидов. В 1993–1995 гг. у северной границы моря объемная активность 137Сs не превышала 3,0–4,7 Бк/м3, активность 90Sr – 1,0 Бк/м3. В 2000-2007 гг. содержание радиоцезия в водах центральных и южных районов Баренцева моря составляло 0,5–3 Бк/м3, а радиостронция – 0,7-4,9 Бк/м3; на северо-западной периферии концентрации 137Сs и 90Sr были заметно выше: 4,0 и 7,5 Бк/м3 соответственно [12].
Радиологический мониторинг загрязнения морей Российского сектора Арктики проведен авторами [4; 13]. Отмечено, что в Баренцево море за период 1950–2009 гг. поступило около 37,5•103 ТБк 137Cs и 24,8•103 ТБк 90Sr. К настоящему времени в процессе водообмена большая часть этих радиоизотопов выведена из бассейна. В результате расчета годовых балансов содержание радионуклидов оценено величинами: 11,6•103 ТБк 137Cs и 5,3•103 ТБк 90Sr. Большая часть радиоизотопов поступает через Норвежское море как последствие сбросов западноевропейских радиохимических заводов. На примере анализа концентраций 137Cs было показано, что в бассейн Баренцева моря поступало около 20 % радиоактивных отходов, сбрасываемых этими заводами [4]. Годовой приток 90Sr с водами превышает расход. Поступление 137Cs было выше его выведения до 1980-х гг., затем баланс стал отрицательным. Донные отложения депонируют в настоящее время около 447 ТБк 137Cs и 75•103 ТБк 90Sr [13].
В [12] приведены результаты исследования активности 137Сs и 90Sr в морской среде в районе Земли Франца-Иосифа (ЗФИ) – одной из наименее изученных частей Баренцева моря. В 1970– 1980-е гг. в районе ЗФИ объемная активность 137Сs варьировала от 8 до 15 Бк/м3, 90Sr – 4,6–9 Бк/м3. В 1990-е гг. уровень загрязнения вод 137Сs составлял 3–6 Бк/ м3, по 90Sr – 1,5–3 Бк/м3. В донных отложениях вблизи ЗФИ содержалось 0,2?9 Бк/кг 137Сs; в то же время в зоне переноса атлантических вод течением Фрама концентрация радиоцезия достигала 10–15 Бк/кг сухого осадка. Исследование донных отложений в 2000-е годы выявило активность 137Сs от 2–4,9 до 4-8 Бк/кг; 90Sr – от 0,2 до 2,6 Бк/кг. Современный радиоактивный фон вод, омывающих архипелаг ЗФИ, характеризуется низкими концентрациями 137Сs (0,3–1,9 Бк/м3) и 90Sr (0,1–1,8 Бк/м3).
В результате радиоэкологического мониторинга водных масс западной части Баренцева моря выполнены измерения объемной активности 137Cs [4]. Экспедиционные работы проводились в 2017 г. вдоль западных границ водоема. Отмечено, что подобные прямые исследования не проводились в течение последнего десятилетия, несмотря на актуальность информации о поступлении радионуклидов в Баренцево море. Приведен анализ широтного распределения концентраций 137Cs на западной окраине моря. Показаны современные особенности трансокеанического переноса этого изотопа из Северной Атлантики в Баренцево море. Отмечено, что атлантические воды по-прежнему отличаются максимальным содержанием радионуклидов, но не все ветви атлантического потока равномерно ими насыщены.
Оценка современного радиоактивного загрязнения и выявление тенденций изменения радиационного фона вод Баренцева и Карского морей представлены в [14]. Приведены концентрации 137Сs и 90Sr в воде и донных отложениях в различных частях акватории Баренцева моря в период 1960–2013 гг. Проведенный сравнительный анализ загрязнения показал, что за 60 лет за счет естественных океанологических процессов и распада изотопов концентрация 137Сs и 90Sr многократно снизилась по сравнению с периодом 1960-х гг. Современная динамика активности радионуклидов в Баренцевом море имеет тенденцию снижения до минимальных значений, возможных в «Ядерную эпоху». Отмечено, что обнаружение следов аварийных выбросов АЭС «Фукусима-1» в высокоширотных областях Арктики способствовало повышению внимания к проблеме радиоактивного загрязнения морей Евро-Арктического региона. Дана рекомендация о направленности современных радиоэкологических исследований на проведение мониторинга, изучение перераспределения радионуклидов и механизмов самоочищения морских экосистем, на выявление районов аккумуляции техногенных радионуклидов.
Изучение радиоэкологической обстановки региона Баренцева моря в рамках международного сотрудничества
В настоящее время при проведении радиоэкологического мониторинга специалисты разных стран используют отличающиеся друг от друга методы измерений, приборные/аппаратурные базы, подходы к анализу имеющихся баз данных. Однако в случае возникновения экстренных радиологических ситуаций для научного обоснования адекватных мероприятий по их ликвидации необходимо иметь корректные информационные данные. Поэтому в рамках международного сотрудничества в области радиационной безопасности проводятся совместные исследования российских, норвежских и финских специалистов, целью которых является получение сопоставимых результатов наблюдений надежных и регулярных данных о состоянии радиоактивного загрязнения окружающей среды западной Арктики.
В 1992г. начались совместные работы России и Норвегии по изучению общего состояния радиоактивного загрязнения Баренцева моря. С 2006г. по настоящее время Росгидромет РФ и Норвежское агентство по радиационной защите ведут исследования по совместному проекту мониторинга радиоактивного загрязнения морской среды Баренцева моря [7]. Целью выполняемых работ является разработка и реализация единой мониторинговой программы с общими объектами наблюдений и одинаковыми методическими принципами для обеспечения возможности отслеживать тренды в радиационной обстановке как в прибрежных районах Баренцева моря, так и в районах открытого моря. В рамках этих программ на морских и береговых станциях ведется контроль содержания техногенных радионуклидов в компонентах морской экосистемы. Экспериментальные исследования выполняются на трех станциях в открытом море, а также в окрестностях п. Териберка (побережье Кольского полуострова). Проводится мониторинг радиоактивного загрязнения морской воды в Баренцевом море и российской береговой станции; определяются уровни содержания отдельных радионуклидов в пробах биоты (водоросли, рыба, донные отложения и др.) в районе российской береговой станции. Также производится оценка некоторых экспериментальных параметров, необходимых для моделирования экосистемы Баренцева моря [15]. В рамках программы получены временные ряды данных о содержании радионуклидов в морской воде, донных отложениях и различных видах биоты Баренцева моря. Приоритетным является контроль техногенных радионуклидов (137Cs, 90Sr, 239+240Pu, 3Н). Получены данные о содержании некоторых естественных радионуклидов (226Ra, 228Ra и 210Pb) в пробах морской воды.
В [16] приведены результаты 10-летних совместных мониторинговых работ норвежских и российских исследователей, выполненных в открытом море и прибрежных районах Баренцева моря. Отбор проб морской воды и водорослей проводился на норвежских станциях Хиллёсе (район Тромсё) и Гренсе Якобсельв, проб прибрежных отложений – на двух станциях в Лаксе-фьорде (Финляндия). Дана оценка содержания 137Cs, 90Sr и 239+240Pu в морской воде, водорослях и рыбе, а также содержания 137Cs в донных отложениях. Сообщается об экспедиционных исследованиях, проведенных в заливе Степового (восточное побережье Новой Земли). В ходе этой экспедиции были взяты образцы донных отложений большого объема для их последующего сравнительного анализа всеми участниками проекта (в исследовании также участвовали представители МАГАТЭ). Отмечено хорошее согласование результатов анализа, проведенного участниками совместной программы и специалистами МАГАТЭ. Данные, собранные в результате 10 лет совместных исследований, дают хорошее представление об уровнях и тенденциях радиоактивного загрязнения морской среды Баренцева моря и подтверждают, что уровни антропогенных радионуклидов низкие и продолжают снижаться.
Мониторинг экосистем Баренцева моря в местах расположения потенциальных источников локального радиоактивного загрязнения
Несмотря на невысокий в настоящее время уровень концентраций долгоживущих радионуклидов в водах Баренцева моря, нельзя не учитывать вероятность локального радиоактивного загрязнения экосистем этого региона из-за расположенных на его территории многочисленных захоронений объектов с ОЯТ и РАО.
Возможными источниками локального радиоактивного загрязнения акватории Баренцева моря также являются затонувшие в разное время на разной глубине атомные подводные лодки российского флота, среди которых АПЛ «Комсомолец» и «К-159» относятся к группе наиболее опасных объектов с ОЯТ в Арктике в целом [17]. В рамках программ международного сотрудничества проведен ряд совместных экспедиционных работ российских и норвежских специалистов по оценке возможного поступления радионуклидов в морскую среду Баренцева моря от затонувших АПЛ «Курск», K-159 и «Комсомолец».
В сентябре-октябре 2001 г. в процессе операции по подъему затонувшей АПЛ «Курск» специалистами из России и Норвегии на борту ОИС «Семен Дежнев» проводился мониторинг состояния поверхностных и придонных вод, поверхностного слоя придонных отложений и рыбы в районе затопления субмарины. В исследованных объектах не было обнаружено искусственных гамма-излучателей, подтверждающих возможную утечку радионуклидов из АПЛ «Курск». Результаты выполненных измерений проб морской среды, отобранных до подъема, во время подъема и после подъема затонувшей подлодки, приведены в [7]. Сделан вывод о том, что операция по подъему субмарины не повлекла за собой негативных последствий для радиоэкологической обстановки в данном регионе Баренцева моря.
АПЛ «К-159», затонувшая при буксировке на утилизацию в 2003 г. на выходе из Кольского залива, рядом с местом расположения судоходных путей и районами рыбного промысла, является наиболее опасным потенциальным источником радиоактивного загрязнения среди остальных захороненных в Баренцевом море объектов с ОЯТ [17]. Осенью 2014г. проведена совместная норвежско-российская экспедиция в Баренцево море для получения информации о физическом состоянии затонувшей субмарины и оценки уровня радиоактивного загрязнения окружающей морской среды. Проведены видеонаблюдение за «К-159» с помощью подводного аппарата с дистанционным управлением (ROV) и измерение радиации на месте в критических точках вокруг подводной лодки (над реакторным отсеком). Отобраны пробы морской воды, донных отложений и биоты в носовой части, на корме и с обеих сторон реакторного отсека, а также в районе затопленной АПЛ. Установлено, что уровень радиации в районе «К-159» был типичным для Баренцева моря и аналогичным наблюдаемому в 2007г. Сделан вывод, что утечки из реакторов подводной лодки в морскую среду не происходит [18].
В июле 2019 г. на НИС «G.O.Sars» Норвежским агентством по радиационной и ядерной безопасности была организована экспедиция для мониторинга радиационной обстановки на месте затопления АПЛ К-278 «Комсомолец» с участием российских специалистов. Для обследования корпуса К-278, отбора проб воды, донных отложений, биоты был использован ROV Egir6000. Предварительные результаты измерений удельной активности по 137Cs проб из «облака» непосредственно рядом с верхом шахты АПЛ показали существенное превышение фоновых значений естественных радионуклидов в районе затопления субмарины [19]. Для окончательной оценки радиоэкологического состояния морской среды в обследованном районе проводится детальный анализ отобранных проб в лабораторных условиях. Выполненное обследование подтверждает существование вероятности локального загрязнения морских экосистем вследствие аварийного поступления радионуклидов от затонувших АПЛ и доказывает необходимость проведения регулярного контроля радиоэкологической ситуации в Баренцевом море.
Заключение
Радиоэкологические обследования, проведенные в течение последних лет, подтверждают невысокий уровень концентрации техногенных радионуклидов в экосистемах акватории Баренцева моря и наличие тенденции снижения уровня их активности до минимальных значений. Несмотря на это, проведение регулярного радиоэкологического мониторинга является важным условием для успешного хозяйственного развития изучаемых регионов и определения оптимальной стратегии экологически безопасной деятельности отраслей местной промышленности.
Информация, полученная в процессе радиоэкологических исследований, может использоваться как научная основа для выбора способов рационального ведения хозяйственной деятельности с учетом обеспечения радиационной безопасности окружающей среды, так и для применения при решении теоретических проблем, связанных с оценкой, перераспределением и балансом искусственных радионуклидов в экосистемах.
Актуальность сотрудничества специалистов разных стран по проблеме контроля радиоэкологической ситуации в Баренцевом море и на прилегающих к нему территориях будет расти по мере увеличения техногенной нагрузки на регион.