Сибирские ученые измерили содержание радиоактивного плутония в биоте и донных осадках реки Енисей. Наиболее сильное увеличение содержания плутония в ответ на повышение его сброса в реку зарегистрировано в водных растениях. Водный мох является самым лучшим индикатором возросшего загрязнения. Рост плутония наблюдался также в рачках, личинках ручейников и донных отложениях. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Environmental Radioactivity.

Производство оружейного плутония, начатое в Железногорске в 1958 году, наряду с его переработкой, привели к попаданию в реку Енисей трансурановых элементов, таких как плутоний, америций, кюрий. Изотопы плутония, поступающие в Енисей со сбросами, распадаются очень медленно и поэтому останутся в экосистеме на десятки и сотни тысяч лет. Трансурановые элементы высокотоксичны для биоты из-за испускаемого при их распаде альфа-излучения. В связи с недавно начавшимся производством ядерного топлива для реакторов на быстрых нейтронах и планируемым увеличением объемов производства и переработки ядерного топлива на ГХК, возникла необходимость обновить данные по оценке количества и путей распространения плутония в реке.

Коллектив сибирских ученых при ведущем участии в работе исследователей ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» впервые проанализировал долговременное изменение содержания плутония в водной биоте и донных отложениях Енисея. Также впервые был измерен фоновый уровень плутония в водной биоте и донных отложениях Енисея на участке, расположенном выше радиоактивных сбросов. Концентрации плутония в видах водных организмов значительно различались, однако во времени изменялись синхронно во всех образцах. Так, резкое повышение концентрации плутония было зафиксировано во всех пробах биоты Енисея в 2018 году. Также в период проведенного исследования зарегистрировано изменение соотношения изотопов плутония в биоте, что свидетельствует о качественном изменении технологического процесса, в результате которого образовался плутоний.

Исследователи с 2008 по 2019 год собирали в Енисее рядом с местом сброса радиоактивных веществ донных животных и водные растения, чтобы оценить с их помощью содержание биологически доступных техногенных радионуклидов в реке. Для своего исследования ученые выбрали виды биоты, которые отличаются по способу накопления радионуклидов в биомассе. Так водный мох фонтиналис Fontinalis antipyretica и высшее водное растение рдест блестящий Potamogeton lucens накапливают радионуклиды поглощая их поверхностью листьев и стеблей из воды, рачки-бокоплавы Eulimnogammarus viridis и Palaseopsis cancelloides получают его с пищей – микроскопическими водорослями, которые они собирают с поверхности камней и водных растений; личинки ручейников Apatania crymophila получают радионуклиды из пищи, а также они строят свои домики из частиц радиоактивных донных осадков.

Изменения в содержании плутония в разных организмах отражали тенденции ежегодных контролируемых сбросов радионуклидов в Енисей. Значительное увеличение концентрации и соотношения изотопов плутония в речных организмах в 2018 году совпало с повышением контролируемых сбросов плутония, которые, согласно общедоступным отчетам Федеральной службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды «Тайфун», возросли в три раза, по сравнению с предыдущим годом.

Наиболее сильно из всех выбранных живых объектов, с точки зрения увеличения содержания плутония в биомассе, на резкое увеличение сбросов в 2018 году отреагировал водяной мох. Ученые сделали заключение, что этот вид лучше всего подходит на роль биоиндикатора сбросов. При этом, как отмечают ученые, лучшим индикатором биодоступности плутония являются рачки бокоплавы, поскольку они получают плутоний из пищи и, в свою очередь, могут в дальнейшем передавать его в биологически доступной форме рыбам, которые их едят, например, хариусу и налиму.

«Мы зарегистрировали значительное увеличение концентрации плутония в донных отложениях и биоте Енисея в 2018 году, которому предшествовал период более низких концентраций. Увеличение плутония в биоте и донных отложениях последовало за трехкратным увеличением контролируемого сброса плутония в реку в 2018 году. Содержание плутония в пробах этого года по сравнению с предыдущим периодом увеличилось примерно в 3 раза для донных отложений и личинок ручейников, в 5 раз для амфипод, в 13 раз для рдеста и в 26 раз для водного мха», — рассказала автор исследования Татьяна Зотина, кандидат биологических наук, доцент, старший научный сотрудник Института биофизики СО РАН.

Исследователи отмечают, что донные организмы, содержащие в себе плутоний, служат пищей речных рыб и могут рассматриваться как потенциальный источник плутония для них. Например, радионуклид может передаться по пищевой цепи к хариусу, налиму и другим видам, для которых рачки-бокоплавы и другие представители зообентоса составляют значительную часть рациона.

«Речь идет об очень низких концентрациях плутония, однако, учитывая его долгий период распада, радиотоксичность для биоты, способность накапливаться в костях и печени животных, длительность периода его биологического выведения из организма человека, имеет смысл наблюдать за его содержанием в окружающей среде и, возможно, начинать продумывать сценарии распространения плутония в экосистеме, прогнозировать пути его биологического переноса и способы реабилитации загрязненной окружающей среды», — поясняет Татьяна Зотина.

Работа поддержана Российским фондом фундаментальных исследований, Правительством Красноярского края и Красноярским краевым научным фондом (проекты 20-44-240004 и 18-44-240003).