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».