С началом широкого развития атомной энергетики в конце 1950-х гг. в мире остро встала проблема утилизации радиоактивных отходов (РАО). Одним из распространенных вариантов утилизации стал сброс РАО в открытое море. В 1960-х – 1970-х гг. практика затопления радиоактивных отходов в Мировом океане была общепринятой для стран, развивающих использование ядерной энергии.
Советский Союз, а позднее Российская Федерация в 1957–1993 гг. осуществляли сброс РАО в арктических (Баренцево и Карское) и дальневосточных (Японское, Охотское и северо-западная часть Тихого океана) морях. Необходимость захоронения РАО в море была связана в основном с деятельностью Военно-морского флота и морских пароходств, имеющих атомный флот [1, 2].
В Карском море затапливались твердые радиоактивные отходы (ТРО), ядерные реакторы (ЯР), в том числе с невыгруженным отработавшим ядерным топливом (ОЯТ) – 4 реакторных отсека (РО) атомных подводных лодок (АПЛ) и экранная сборка атомного ледокола (АЛ) «Ленин», а также АПЛ К-27 [2]. Затопления осуществлялись в заливах северного и южного островов Новой Земли, а также в Новоземельской впадине.
Карское море почти весь год покрыто льдами местного происхождения. Льдообразование начинается в сентябре. Встречаются значительные пространства многолетних льдов толщиной до 4 м. Вдоль берегов образуется припай, в центре моря – плавающие льды. Летом льды распадаются на отдельные массивы.
Длительное нахождение затопленных объектов в морской коррозионно-агрессивной среде может привести к частичному разрушению металлических контейнеров и нарушению их герметичности. Дополнительную угрозу может составлять разгерметизация затопленных объектов вследствие истирающей деятельности льда, в том числе в мелководных фьордах. Как известно, современное вспахивание морского дна льдом в Карском море отмечено до глубин 25–35 м [3, 4].
Воздействие ледовых образований (ЛО) на берега, дно и техногенные объекты, затопленные в морях Российской Арктики, являются существенным фактором, влияющим на экологию региона в целом и непосредственно мест захоронения ТРО. Еще в самом начале широкого изучения проблемы затопленных ТРО Н.А. Айбулатовым [1] была отмечена большая роль морских льдов в процессе переноса и отложения техногенных радионуклидов в осадочной толще.
Воздействие ледовых образований на дно и берега разделяют на две группы: прямое и косвенное [1, 3]. Прямое воздействие включает в себя такое опасное явление, как экзарация (выпахивание), захват и перенос наносов льдом, формирование мерзлых пород в местах контакта лед – дно, местный размыв дна, обусловленный наличием припая. Косвенное влияние выражается прежде всего в защитной роли льда от разрушающего воздействия волнения и приливов. Прямое воздействие ЛО на дно приводит к образованию характерных форм подводного микрорельефа – борозд ледовой экзарации, гряд и ям выдавливания (застамушивания), воронок размыва (сверления) и воронок вытаивания [3–5].
На рис. 1 приведено типичное гидролокационное изображение участка дна со следами ледовой экзарации, полученное в заливе Течений.
Рис. 1. Гидролокационное изображение поверхности дна с бороздами ледовой экзарации, полученное вблизи залива Течений (Новая Земля, Карское море) в 54-м рейсе НИС «Академик Мстислав Келдыш» (АМК) с помощью ГБО «Микросаунд» (240 кГц) разработки ИО РАН
В прибрежье Новой Земли в шести районах из восьми фактические захоронения ТРО осуществлены на глубинах меньше 25–35 м. В связи с этим проблема контроля состояния затопленных объектов с радиоактивными отходами и оценка уровней радиоактивного загрязнения водной акватории в местах нахождения ППОО в Карском море в настоящее время является весьма актуальной.
Результаты исследования и их обсуждение
В соответствии с источником [2] в Карском море известны следующие основные захоронения ТРО, включающие крупные объекты и свалки контейнеров с ТРО.
В заливе Абросимова затоплены аварийные реакторные отсеки (РО) АПЛ К-3 и К-5 с выгруженным ядерным топливом, а также РО АПЛ К-11 с невыгруженным ядерным топливом из реактора левого борта. Эти РО АПЛ затоплены в кутовой части залива на глубине 13 м (позиция «а» на рис. 2).
Рис. 2. Схемы затопления ТРО в заливах Новой Земли На схеме залива Абросимова обозначено: а – место затопления РО АПЛ К-3, К-5 и К-11, b – место затопления судов и контейнеров с ТРО; c – локальная свалка контейнеров с ТРО, d – РО АПЛ К-19. На схеме залива Степового обозначено: а – АПЛ К-27, b, c, d, e – места захоронений ТРО в контейнерах. На схеме залива Ога обозначено: а – захоронение ТРО в контейнерах. На схеме залива Цивольки обозначено: a – экранная сборка АЛ «Ленин», b, c – суда с ТРО; d – реакторная сборка ППУ ОК-150 АЛ «Ленин»
В силу небольших размеров акватории места затопления РО и окружающего гористого рельефа, ледовое покрытие не испытывает воздействие ветра, течений и давления окружающих ледяных полей и торосов. Изображения РО на кадрах видеосъемки, полученных в разное время с помощью различных ТНПА, свидетельствуют о небольших повреждениях легкого корпуса РО в верхней части и наличии сильного обрастания водорослями – ламинарией [6].
В море южнее входа в залив Абросимова на глубине 48 м затоплен РО АПЛ К-19. Местоположение отсека показано на рис. 2 (позиция «d»). Отсек затоплен в 1965 г. Невыгруженное ОЯТ находится в двух реакторах. РО обнаружен в 2004 г. в ходе общей гидролокационной съемки залива Абросимова в экспедиции на научно-исследовательском судне (НИС) «Профессор Штокман», организованной по заказу МЧС России в 2004 г. Однако окончательно объект был идентифицирован как РО АПЛ К-19 в 2019 г. в экспедиции Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН (ИО РАН) на НИС «Академик Мстислав Келдыш» («АМК») [6]. Отсек находится в открытом море в зоне постоянного движения плавающего льда, торосов и айсбергов и лежит на каменистом дне. Палуба отсека находится на глубине около 35 м (!).
РО имеет значительные повреждения верхней части легкого корпуса, фактически сохранились только силовые элементы продольного и поперечного набора (штангоуты и стрингеры), а значительные элементы обшивки полностью отсутствуют. Наиболее вероятной причиной данных повреждений является ледовое воздействие айсбергов и торошение льдов Карского моря. На рис. 3 приведен кадр видеозаписи, полученный с помощью ТНПА «Аргус» Центра подводных исследований Русского географического общества (ЦПИ РГО).
Рис. 3. Кадр видеозаписи, полученной с помощью видеокамеры ТНПА «Аргус» ЦПИ РГО. На изображении представлена верхняя часть (палуба) РО АПЛ К-27, затопленного в Карском море южнее входа в залив Абросимова (Новая Земля)
В заливе Степового на глубине 30 м затоплена атомная подводная лодка (АПЛ) К-27 (зав. № 601) [2]. Место затопления показано на рис. 2 (позиция «а»). Глубина места 30 м. АПЛ имеет водоизмещение 4400 т, длину 110 м, затоплена после аварии в 1968 г. с двумя ядерными реакторами с невыгруженным ОЯТ. После аварии в 1968 г. оба реактора были заморожены. Ядерные реакторы заглушены всеми штатными поглотителями. Реакторный отсек и полости реакторов заполнены фурфуролом и битумом. Регулярные обследования состояния АПЛ, в том числе последнее в 2021 г., показали, что в непосредственной близости от объекта уровень радиоактивности не превышает фоновых значений, что свидетельствует о герметичности АПЛ и целостности защитных барьеров.
В северо-восточной части залива на глубинах от 18 до 40 м также затоплены группы контейнеров с ТРО.
Видеоизображения перечисленных объектов, сделанные в основном с помощью ТНПА «ГНОМ», показывают на отсутствие следов взаимодействия объектов с сезонным ледовым покровом: на контейнерах с ТРО видны массивные «шапки» осадочного покрова, а на поверхности легкого корпуса АПЛ отсутствуют характерные повреждения.
В заливе Цивольки по архивным данным, а также по данным экспедиций МЧС России и ИО РАН в 2004–2013 гг. в средней части залива в 1960-х – 1970-х гг. были захоронены различные объекты. Глубины моря в этом месте залива составляют в основном более 50 м. Схема захоронения приведена на рис. 2.
Помимо объектов (контейнеров), содержащих в основном низко активные ТРО, в заливе Цивольки на глубине 49 м затоплена экранная сборка (ЭС) реактора паро-производящей установки (ППУ) ОК-150 атомного ледокола (АЛ) «Ленин» (рис. 2, позиция «а») с остатком отработавшего ядерного топлива (ОЯТ). По сведениям источника [2] ЭС размещена в специальном контейнере из нержавеющей стали, вваренном в центральную часть цилиндрического понтона (цистерны) размером 5х3 м из углеродистой стали. Свободные объемы контейнера заполнены твердеющей смесью на основе фурфурола, а на контейнер наварена крышка. Свободный объем центральной части понтона заполнен бетоном. ЭС содержит ~40 % всей активности объектов с ОЯТ, затопленных в Карском море.
В непосредственной близости от места затопления экранной сборки АЛ «Ленин» на глубинах 60–140 м находится комплексное захоронение ТРО. Здесь захоронены 5242 металлических контейнера размером 1х1х1 м, отдельные крупногабаритные предметы, 2 плавсредства с грузом ТРО (пароход «Н. Бауман» – позиция «с» и спецлихтер «Колежма» – позиция «b»), а также 166 крупногабаритных предметов, в том числе корпус реактора ППУ ОК-150 АЛ «Ленин» (позиция «d»).
а б
Рис. 4. Понтон с контейнером с ЭС АЛ «Ленин» в заливе Цивольки: а – гидролокационное изображение, полученное с помощью ГБО ВМ разработки ИО РАН (диаметр крышки 2,5 м); б – кадр видеозаписи, полученной с помощью видеосистемы БНПА «Видеомодуль», с изображением фрагмента крышки контейнера. Очевидно отсутствие следов ледового воздействия на понтон и окружающий грунт
Несмотря на открытость и значительные размеры залива, которые могут способствовать образованию торосов, а также наличие ледника «Серп и Молот» в кутовой части залива, следов ледового воздействия на затопленные объекты в процессе подводных видеосъемок не обнаружено, что связано, по-видимому, со сравнительно большой глубиной захоронения. На рис. 4 представлены видео- и гидролокационное изображения понтона с ЭС АЛ «Ленин» полученные в 81-м рейсе НИС «АМК» с помощью БНПА «Видеомодуль» [7]. На понтоне и крышке контейнера следы ледового воздействия отсутствуют. На поверхности дна вблизи ЭС также не обнаружено следов ледовой экзарации.
В заливе Ога (рис. 2) в разное время на дне на глубине 57–60 м захоронены различные ТРО – отходы эксплуатации и ремонта атомного флота, преимущественно в металлических контейнерах размером 1х1х1 м, а также ТРО без упаковки. Здесь затоплены отходы судоремонта СФ и CРЗ «Нерпа», парогенераторы, помпы, а также баржа с ТРО [2]. Видеонаблюдения объектов в заливе Ога с использованием БНПА «Видеомодуль», а также ТНПА «Мираж» были выполнены в 63-м рейсе НИС «АМК». Результаты наблюдений показывают на отсутствие следов взаимодействия объектов с сезонным ледовым покровом.
В заливе Седова (рис. 5) по архивным данным [2] в разное время были захоронены металлические контейнеры с ТРО, размером 1х1х1 м, а также ТРО без упаковки (фильтры активности, насосы, парогенераторы и т.п.) размером до 5 м. Глубины при входе в залив неровные. Среди глубин 100–150 м имеются банки с глубинами 13,8–17,2 м, во внешней части залива рельеф дна ровный, здесь расположена широкая ложбина с глубинами до 223 м. Внутренняя, узкая часть залива отделена от внешней порогом с глубинами 90–95 м. На рис. 5 представлена схема расположения мест затопления объектов ТРО в заливе Седова. В 63-м рейсе НИС «АМК» по результатам гидролокационной съемки с помощью ГБО было подтверждено захоронение в центральной части залива (позиция «а»). Следов ледовой экзарации на поверхности дна вблизи группы контейнеров не зарегистрировано.
В заливе Благополучия находится комплексное захоронение ТРО. Глубина моря в центральной внутренней части залива достигает 170 м. В заливе затоплены твердые радиоактивные отходы атомного ледокола «Ленин» – 992 контейнера и 2 крупногабаритных предмета. Активность – 305 Ки (эквивалент по стронцию-90) [2]. Глубина места в районе захоронения на западном берегу залива составляет 20–60 м (рис. 5).
Рис. 5. Схемы затопления ТРО в заливах Благополучия, Седова, Течений и в Новоземельской впадине Карского моря. На схемах обозначено: а, b и d – места захоронений, с – районы захоронений, сплошные линии – изобаты
Архивные сведения о захоронении подтверждены неоднократными наблюдениями с использованием гидролокационных средств (буксируемых ГБО, а также ГБО, установленных на БНПА «Видеомодуль» и АНПА «Пилигрим») и видеосистем ТНПА «ГНОМ» и «Фалькон» [8, 9]. Результаты наблюдений поверхности дна и объектов в районе захоронения ТРО с использованием гидролокационной и видеотехники показывают на отсутствие следов ледового воздействия.
В заливе Течений по архивным данным [2] на глубине 35–50 м находится комплексное захоронение ТРО (прямоугольник на схеме залива на рис. 5). В период с 1982 по 1988 г. в заливе затоплено 194 металлических контейнера (1x1x1 м), 31 крупногабаритный предмет без упаковки и 1 плавсредство (лихтер № 4). Суммарная активность – 1900 Ки (эквивалент по стронцию-90). Также в заливе Течений затоплены два реактора АПЛ с выгруженным ОЯТ (отметки «а» и «b» на схеме на рис. 5). Активность захоронения реакторов составляла 0,2 кКи.
Последнее исследование места захоронения ТРО в заливе Течений было предпринято в 2007 г. экспедицией ИО РАН и МЧС России на НИС «Академик Мстислав Келдыш» (54-й рейс). Были проведены наблюдения дна с помощью ТНПА «ГНОМ» в четырех из пяти точек, определенных по данным гидролокационной съемки. В районе точки «а» обнаружен цилиндрический предмет, часть которого на одну треть диаметра выступает из грунта. Обрастание можно определить как среднее, можно видеть металлическую поверхность объекта. Рядом с помощью ГБО была обнаружена россыпь объектов с размерами около одного метра. Однако по данным видеосъемки ТНПА установлено, что дно в данном месте имеет нарушения, вызванные ледовой экзарацией. Техногенных предметов не обнаружено. В районе точки «d» с помощью ГБО был обнаружен объект, который предварительно был классифицирован как лихтер. Мутность воды в данном районе, обусловленная наличием сильного волнового наката на скальной гряде, перегораживающей вход в бухту, не позволила провести эффективный поиск. Гидрометеорологические условия во время работ были неблагоприятными. Отсутствие навигационных карт, сильный туман, волнение и наличие плавающих обломков ледника мешали работе. Обнаруженный объект не был идентифицирован. В исследованном районе зарегистрированы следы ледовой экзарации (рис. 1) на глубинах 15–20 м. Исследования в заливе Течений планируется продолжить в 92-м рейсе НИС «АМК» в 2023 г.
В Новоземельской впадине находятся три основные группы захоронений ТРО (рис. 5). Глубины моря здесь составляют 300–350 м. По архивным данным в 1970-х гг. здесь было затоплено: металлические контейнеры с ТРО (1х1х1 м) – 4834 шт., 306 отдельных крупногабаритных предметов (корпуса реакторов, парогенераторы и т.п.), 9 плавсредств с ТРО (2 лихтера, в том числе «Саяны», 2 танкера ТНТ, 3 баржи МБСН, пароход «Хосе Диас», спецсудно «Могилев» и др.). Вместе с баржей МБСН затоплен ЯР АПЛ с невыгруженным ОЯТ. В настоящее время из известных по архивным данным затоплений подтверждены места парохода «Хосе Диас», ТНТ «Саяны» и баржи МБСН-365250 с ЯР АПЛ.
Вследствие больших глубин (до 400 м) объекты, затопленные в Новоземельской впадине, не подвержены воздействию плавающего льда, торосов и айсбергов.
Заключение
Наиболее опасными с точки зрения механического воздействия ледового покрова, в том числе торосов и айсбергов, на затопленные техногенные объекты являются участки открытого моря (шельфа) с глубинами до 40 м. Здесь образуются торосы и встречаются айсберги, которые могут перемещаться (дрейфовать) под действием сильного ветра и течений.
В тесных заливах льды менее подвижны ввиду отсутствия сильных регулярных течений и пространств для формирования серьезного ветрового нагона. Поэтому здесь нет интенсивного движения и торошения льда, и даже на небольших глубинах (10–15 м) ледовое воздействие на затопленные объекты отсутствует.
В этой связи наиболее подверженным разрушительному воздействию плавающего льда объектом можно считать РО АПЛ К-19, затопленный на шельфе в открытом море вблизи залива Абросимова.
Библиографическая ссылка
Римский-Корсаков Н.А., Пронин А.А., Казеннов А.Ю., Кикнадзе О.Е., Анисимов И.М., Лесин А.В., Муравья В.О. РЕЗУЛЬТАТЫ НАБЛЮДЕНИЙ ЛЕДОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОБЪЕКТЫ, ЗАТОПЛЕННЫЕ В КАРСКОМ МОРЕ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2023. – № 10. – С. 31-37;URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=13582 (дата обращения: 19.05.2024).