Фитопланктон оказался способен собирать радиоактивные элементы из пресной воды и «запирать» их на дне

Одна из важнейших мировых экологических проблем — ликвидация последствий аварий и инцидентов на предприятиях ядерного топливного цикла, поэтому как никогда актуальны исследования и опытные разработки в области реабилитации загрязненных радионуклидами территорий, а также водных акваторий. В нашей стране проблемными являются территории Восточно-Уральского радиоактивного следа (Челябинская область), площадки по утилизации выведенных из эксплуатации атомных подводных лодок (Кольский полуостров, Дальний Восток), пойма реки Енисей близ Горно-химического комбината (Красноярск) и другие.

В связи с этим большой интерес у исследователей вызывает изучение прямого воздействия радиоактивного излучения на объекты окружающей среды — обитания человека. Основная угроза воздействия радиации заключается в разрушении биологических структур под ее воздействием с потенциальной последующей гибелью, возможной мутации генетического кода живых организмов на всех уровнях пищевой цепочки как в краткосрочной, так и в долгосрочной перспективе.

В отличие от лабораторных, в природных условиях все механизмы радиационного воздействия на биологические объекты протекают на фоне других естественных процессов, таких как связывание радионуклидов со взвешенными частицами с последующим осаждением и фиксацией в донные отложения, либо их локализация в структуры устойчивых и растворимых в воде веществ, особенно органических (например, гуминовые и фульвокислоты). Эти естественные природные процессы существенно нивелируют негативное разрушительное воздействие радиоактивного излучения, смягчая условия нахождения живых объектов в природе.

Исследователи из Кольского научного центра РАН, Института физический химии и электрохимии имени А. Н. Фрумкина РАН, Института проблем безопасного развития атомной энергетики РАН, Федерального научного центра гигиены имени Ф. Ф. Эрисмана и Дальневосточного федерального университета поставили перед собой задачу выявления основных природных процессов самоочищения мезотрофных водоемов, загрязненных различными радионуклидами.

Сейчас доктор химических наук, член-корреспондент РАН Иван Тананаев продолжает исследования в области радиохимии в Кольском научном центре. Исследователи рассмотрели важнейший фактор снижения радиационного риска воздействия на живые «водные» объекты — роль фитопланктона. Фитопланктон (от греческих φυτóν — растение и πλανκτον — блуждающий) — это микроводоросли и цианобактерии, заселяющие толщу водоема. Ученые показали, что фитопланктон выступает как природный биосорбент большой площади поверхности за счет наличия в его структурах различных функциональных (хелатирующих) групп. Завершая свой жизненный цикл, фитопланктон осаждается на дно водоема, что приводит к концентрированию радионуклидов в иле. При развитии некоторых микроорганизмов происходит образование нерастворимых соединений, надежно связывающих радионуклиды. Иногда в донных отложениях формируется естественный минерально-органический анаэробный барьер, позволяющий прочно фиксировать радионуклиды вне зависимости от сезонных условий.

Изучив данные о составе микро- и макрофлоры и жизненный цикл фитопланктона в различных пресных водоемах, загрязненных наиболее опасными радионуклидами (¹²⁹I, ²³⁷Np, ²²⁶Ra, ⁹⁹Тс), исследователи сформулировали два подхода к их биоремедиации (биологической очистке). Для первого варианта — утилизации регулярно собираемого с поверхности воды фитопланктона — необходимо проработать надежный способ захоронения.

Более интересным выглядит второй вариант: выведение поглощенных планктоном металлов в донные отложения, связывание их с помощью, например, полимеров или глинистых смесей и создание зоны биоминерализации, в которой биогеохимические реакции образуют малорастворимые минеральные фазы, эффективно «запирающие» радионуклиды. В обоих случаях рекомендуется дополнительное внесение биогенных элементов — фосфора, серы и азота для временной эвтрофикации водоема и усиления роста фитопланктона.

В результате на примере связывания ⁹⁹Тс в озерах Тверской области коллектив предложил комплексный биогеохимический механизм переноса радиоактивных элементов фитопланктоном и иммобилизации их в донных отложениях. Этот подход имеет большие перспективы для управления качеством воды и целевой очистки водоемов-хранилищ радиоактивных отходов и прудов со значительным уровнем радиоактивного загрязнения. Результаты исследования опубликовали в 2022 году журналы Radiochemistry и «Радиохимия».

КНЦ РАН

92 статей

Кольский научный центр Российской академии наук (бывший Кольский филиал Академии наук СССР) имени С. М. Кирова, объединение научных учреждений РАН на Кольском полуострове.

Показать больше

Закладка

Скопировать ссылку

Email

Печать

Twitter

VK

Telegram