Approaches to radiation situation assessment and prediction in the Baltic Sea

Full Text

СОКРАЩЕНИЯ:

РАО – радиоактивные отходы;

МАГАТЭ – Международное агентство по атомной энергии;

МКРЗ – Международная комиссия по радиационной защите;

АЭС – атомная электростанция;

ЯЭУ – ядерная энергетическая установка;

ПБДЭ – полибромированные дифениловые эфиры;

НВОС – негативное воздействие на окружающую среду;

CBSS – Council of the Baltic Sea States (Совет государств Балтийского моря);

HELCOM – Helsinki Commission (Хельсинская комиссия);

WGNRS – Working Group on Nuclear and Radiation Safety (Рабочая группа по ядерной и радиационной безопасности).

ВВЕДЕНИЕ

Мировой океан – это 94,1% всей площади гидросферы, непрерывная, но не сплошная водная оболочка Земли, окружающая материки и острова и отличающаяся общностью солевого состава. Хотя Мировой океан представляет собой единое целое, для удобства исследования отдельным его частям присвоены различные названия:

• Атлантический океан,
• Индийский океан,
• Северный Ледовитый океан,
• Тихий океан,
• Южный океан.

К числу сильнозагрязненных акваторий Мирового океана принято относить:

• Северное,
• Ирландское,
• Японское,
• Средиземное моря,
• Мексиканский,
• Бискайский,
• Токийский заливы,
• Атлантическое побережье США.

В этот перечень не входит Балтийское море. Но наше исследование еще раз показало субъективность составления подобных рейтингов. А анализ научных материалов об акватории Балтийского моря вызывает серьезную озабоченность о негативном воздействии техносферных факторов на этот водный бассейн.

Балтийское море – это внутриматериковая акватория Евразии, которая находится в Северной Европе и относится к Атлантическому бассейну. С Мировым океаном водообмен совершается при помощи проливов Каттегат и Скагеррак. В море впадает более двухсот рек. Именно они и несут грязную воду, которая стекает в акваторию. Загрязнители значительно ухудшили способность моря к самоочищению.

В Балтийское море ежедневно попадает огромное количество самых разнообразных веществ. Они появляются из точечных источников на суше или в море (промышленные предприятия, электростанции, места сброса стоков, очистные сооружения) и из диффузных источников с речным и поверхностным стоком (например, сельскохозяйственные загрязнения, бытовые отходы, транспорт). Кроме того, загрязняющие вещества переносятся по воздуху в Балтийский регион с Британских островов, из Центральной и Восточной Европы и даже из более удаленных районов.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Изучив и проанализировав статистические данные научных исследований, нормативных правовых актов и документов в сфере радиоэкологии методами обработки обобщенных данных, систематизации и сравнительного анализа, мы позволили себе сделать общее заключение о современных подходах к оценке и прогнозированию радиационной обстановки в акватории Балтийского моря.

ОБСУЖДЕНИЕ И РЕЗУЛЬТАТЫ

В разных частях Балтийского региона специализация промышленности различная. Развитие промышленности определялось наличием природного сырья. В Швеции и Финляндии основными отраслями промышленного производства являются металлообработка и изготовление целлюлозы и бумаги, в Дании, доминирует пищевая индустрия, разнообразные отрасли промышленности развиты в Германии. Все эти страны имеют самые современные предприятия. Передовые технологии позволили заметно снизить эмиссии основных производств за последние 20–25 лет. Однако ввиду крайне больших объемов и разнообразия потребляемой продукции остаются нерешенными проблемы, связанные с диффузным влиянием промышленных изделий. В то же время в России, Эстонии, Латвии, Литве и Польше многие предприятия технически устарели и нуждаются в реконструкции, чтобы удовлетворять современным экологическим нормам. Также существуют проблемы с переработкой отходов. С речным стоком в Балтийское море выносится огромное количество загрязнений, поскольку сточные воды городов и деревень, а также стоки предприятий очищаются плохо или не очищаются вообще. Существует несколько групп вредных веществ, которые наносят урон Балтике.

В первую очередь, это азот и фосфор, которые являются отходами сельского хозяйства, промышленной индустрии и содержатся в коммунальных сточных водах городов. Данные элементы перерабатываются в воде лишь частично, выделяют сероводород, что приводит к гибели морских животных и растений.

Вторая группа опасных веществ – это тяжелые металлы. Половина этих элементов выпадает вместе с атмосферными осадками, а часть – со сточными водами коммунальными и промышленными. Эти вещества приводят к заболеваниям и смерти многих морских жителей.

Третья группа загрязнителей не чужда многим морям и океанам – это разлив нефтепродуктов. Пленка от нефти образуется на поверхности воды, не пропускает кислород. От этого гибнут все морские растения и животные, находящиеся в радиусе нефтяного пятна. Нефтяные углеводороды поступают в Балтийское море из многих источников, в частности с речным и поверхностным стоком, в результате прямых сбросов из городов, предприятий. Другими важными источниками являются очистка нефтяных танкеров и другие умышленные сбросы с судов, а также разливы нефти при авариях (посадка танкеров на мель, случайные сбросы из береговых нефтехранилищ). Новый источник, который может оказаться очень опасным в Балтийском регионе – потери нефти при разведочных работах и эксплуатации прибрежных платформ.

В водоеме можно обнаружить четыре основных компонента с разными концентрациями загрязнителей: вода, организмы и взвешенное органическое вещество, осадки и поверхностная пленка [1].

В настоящее время отдельные территории акватории Балтийского моря относятся к числу экологически неблагоприятных по ряду вредных (загрязняющих) веществ, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду, в том числе по радиационной обстановке.

В нашем исследовании мы стремились выделить следующие источники потенциальной опасности радиоактивного загрязнения окружающей среды в данном регионе [2].

Радиоэкологический мониторинг Балтийского моря осуществляют специалисты всех стран Балтийского региона. Результаты этих исследований регулярно публикует Хельсинская комиссия по охране морской природной среды Балтийского моря (ХЕЛКОМ) [HELCOM, 1995, 2003, 2006, 2009, 2013, 2018]. С российской стороны систематические исследования региона проводятся, в том числе в рамках тематик Росатома, лабораторией мониторинга радиоактивного загрязнения окружающей среды Радиевого института [Степанов, 2009] и по тематике Росрыболовства – лабораторией радиоэкологических исследований АтлантНИРО [Радиационная…, 1991–2008]. Поступление искусственных радионуклидов в акваторию Балтийского моря связано главным образом с глобальными выпадениями, обусловленными испытаниями ядерного оружия и выпадениями после аварии на Чернобыльской атомной станции как непосредственно на поверхность, так и с береговым стоком. За время существования атомной энергетики произошло более 150 аварий различного типа, среди которых Чернобыльская стала самой крупной экологической катастрофой как по уровню радиоактивных выбросов, так и по площади загрязнения земной поверхности. Последствия этой аварии существенно отразились и на экологии всей экосистемы Балтики. В целом в водную среду поступает до 80% антропогенных радиоактивных загрязнений, превращая её в мощное депо не только естественных, но и искусственных радионуклидов [3].

По-нашему мнению, необходимо основными источниками НВОС определить предприятия, занимающиеся переработкой и утилизацией радиоактивных отходов (РАО) и списанных подводных лодок. Другие радиоактивные материалы, попавшие в морскую среду, считать случайными:

• энергетические ядерные установки (ЯЭУ), в числе которых – Сосново-Борская АЭС;
• атомный флот;
• Балтийский флот, оснащенный подводными и надводными кораблями с ЯЭУ и несущий ядерное оружие;
• судоремонтные и судостроительные заводы как гражданского, так и военного профиля;
• пункты захоронения радиоактивных отходов;
• радиоизотопные термоэлектрические генераторы, используемые в регионе в качестве источников питания навигационного оборудования, знаков и маяков;
• последствия выпадения радиоактивных осадков после аварии на Чернобыльской АЭС.

Сбросы РАО в море жестко регулируются международным правом. В настоящее время существующая практика удаления и локализации РАО в странах, использующих ядерные технологии, в большинстве случаев соответствует международным правовым требованиям. Большинство государств выступает за запрещение захоронения любых видов РАО в море, учитывая нарастающую в мире и в отдельных странах обеспокоенность относительно загрязнения морской среды РАО. В связи с этим в 1992 г. Конференция ООН по окружающей среде и развитию (Рио-де-Жанейро), высказалась за прекращение практики захоронения РАО в море. В 1992 г. также подписаны (с участием России) Конвенции по защите морской среды Балтийского моря и по защите Черного моря от загрязнения. Вышеуказанные Конвенции предлагают решение, отвечающее интересам Российской Федерации [4–7].

К настоящему времени развернуто широкое, гласное и эффективное международное сотрудничество стран Северной, Центральной и Восточной Европы в области мониторинга радиоактивного загрязнения Балтики.

Балтийский регион характеризуется сложной радиационной обстановкой, связанной с наличием и функционированием множества ядерно- и радиационно-опасных предприятий и объектов.

Так, в акватории Балтийского моря размещены 12 шведских, 4 финских и 19 немецких действующих энергоблоков, в Финском заливе – Ленинградская АЭС (рис. 1). В районах расположения АЭС действуют хранилища РАО, в том числе региональные. На побережье создаются, базируются и ремонтируются атомные подлодки и наземные суда, часть которых подлежит утилизации.

 

Рис. 1. Расположение ядерных установок в Балтийском регионе

 

Помимо этого, на радиационную ситуацию в регионе серьезно повлияла авария на Чернобыльской АЭС.

Широкомасштабное изучение радиоактивного загрязнения Балтийского моря ведется с начала 70-х годов.

На загрязнение водных экосистем за счет ядерных и химических отходов уже обратили внимание Международная комиссия по радиологической защите (МКРЗ) и Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ), разработавшие проекты в области оценки рисков радиационного загрязнения среди организмов дикой природы [8–10].

В 1970 году сотрудники лаборатории мониторинга радиоактивного загрязнения окружающей среды Радиевого института им. В. Г. Хлопина провели экспедиционное обследование юго-восточной части Балтийского моря, включая Финский залив. С тех пор такие исследования стали ежегодными, они проводятся и в настоящее время. Начиная с 1975 года, весь объем экспедиционных морских работ обеспечивается научно-экспедиционным судном института, оснащенным необходимым оборудованием, включая спутниковую навигационную систему, средства связи и отбора проб.

В 1975–1985 годах было отслежено и проанализировано состояние динамического равновесия в поведении 137Cs в водах собственно Балтийского моря. Это равновесие возникло в условиях поступления соленых (обогащенных 137Cs) вод из Северного моря в придонные слои западной части Балтики, а также пресных (обедненных 137Cs) речных вод – в восточную часть. В результате в течении длительного периода времени содержание этого радиоизотопа непосредственно в водах Балтийского моря удерживалось на одном уровне, снижение которого определялось только радиоактивным распадом 137Cs.

Наиболее пристальное внимание постоянно уделялось и уделяется району расположения Ленинградской АЭС – Копорской губе Финского залива. Ежегодные исследования этого района начались в 1971 году, за два года до пуска первого блока АЭС.

Помимо российских ученых, в 70-х годах радиоэкологический мониторинг Балтийского моря осуществляли также специалисты всех стран Балтийского региона по своим индивидуальным программам.

Международные программы мониторинга Балтийского моря служат примером интенсивного и эффективного взаимодействия европейских стран. Участие России в работе международных организаций Балтийского региона крайне важно для поддержания престижа страны и проведения научно-обоснованной политики в области безопасного использования атомной энергетики.

Так, в 1981–1984 годах был реализован первый крупный международный проект по радиоэкологическим исследованиям Балтики – координационная научно-исследовательская программа МАГАТЭ «Изучение радиоактивных веществ в Балтийском море». В ней приняли участие ученые всех стран, расположенных в акватории Балтийского моря, а также сотрудники Международной лаборатории морской радиоактивности (Монако).

Результатом программы стала оценка источников поступления радионуклидов в бассейн Балтийского моря. Согласно полученным данным, к 1985 году накопление в море 137Cs в результате глобальных выпадений составило 670 ТБк, за счет поступлений с ядерных перерабатывающих заводов Западной Европы (с водами Северного моря) – 150 ТБк, от всех балтийских АЭС – 2 ТБк. Таким образом, работа атомных станций, суммарная мощность которых к 1985 году составляла более 17 000 МВт, практически не повлияла на запас 137Cs в Балтийском море.

В 1980 году вступила в силу Конвенция по охране морской природной среды региона Балтийского моря (Хельсинская Конвенция, HELCOM); в настоящее время в ней участвуют Германия, Дания, Латвия, Литва, Польша, Россия, Финляндия, Швеция, Эстония. В 1985 году в рамках межправительственного соглашения стран-участниц Хельсинской Конвенции была создана международная рабочая группа экспертов по мониторингу радиоактивных веществ (HELCOM MORS).

Группой разработана программа мониторинга радиоактивных веществ (Рекомендация HELCOM 26/3). Согласно этому документу, мониторинг морской среды Балтики включает в себя контроль содержания радионуклидов в воде, донных отложениях, рыбе, водных растениях и бентосных организмах всей акватории Балтийского моря. Каждое государство региона должно иметь экологические станции в море или на побережье и вести мониторинг в соответствии с техническими возможностями и имеющимся оборудованием. Для получения необходимых данных рекомендовано создать дополнительные станции пробоотбора.

В 1992 году министрами иностранных дел государств региона (Германии, Дании, Исландии, Латвии, Литвы, Норвегии, Польши, России, Финляндии, Швеции, Эстонии) и Европейской комиссии был образован Совет государств Балтийского моря (CBSS).

В рамках CBSS действует рабочая группа по ядерной и радиационной безопасности (WGNRS). Ее цель состоит в объединении усилий государств региона по предотвращению чрезвычайных радиоэкологических ситуаций и повышению уровня готовности к скоординированным действиям в случае ядерных инцидентов.

Основные задачи WGNRS – определение источников радиоактивных материалов, которые несут риск трансграничного распространения радионуклидов в регионе Балтийского моря или могут стать главным фактором, влияющим на состояние природной среды в локальном масштабе, а также подготовка соответствующих рекомендаций.

Опираясь на обширный опыт международного сотрудничества, установленного в области безопасности атомных электростанций, WGNRS уделяет особое внимание другим ядерно- и радиационно-опасным объектам – как гражданским, так и военным.

Начиная с 2000 года, на заседания группы приглашаются наблюдатели CBSS из Франции, Италии, Нидерландов, Словакии, Украины, Великобритании и США.

В рамках этой программы также происходит сбор информации о сбросах и выбросах атомных электростанций, при этом учитываются только данные по радионуклидам с периодом полураспада более одной недели. Полученные данные свидетельствуют, что сбросы и выбросы Ленинградской АЭС на четыре-пять порядков ниже, чем всех остальных станций Балтийского региона (рис. 2, 3) [11].

 

Рис. 2. Общее поступление ¹³⁷Cs из различных источников к 2015 г.

 

Рис. 3. Общее поступление ⁹⁰Sr из различных источников к 2015 г.

 

В июле–августе 2020 г. проведены радиоэкологические исследования среды обитания водных биологических ресурсов Балтийского моря. Пробы поверхностной воды и донных осадков были отобраны в ходе экспедиций НИС «Академик Иоффе» Института океанологии им. П. П. Ширшова РАН в юго-восточной и центральной частях моря и Финском заливе. Значимых отличий в загрязнении воды 137Cs различных подрайонов Балтики не выявлено. Обнаружены аномально высокие уровни содержания 226Ra, предположительно техногенного происхождения, в пробе донных осадков на одной из станций Финского залива. Станции с повышенным содержанием 137Cs в донных осадках выявлены в Финском заливе и на глубоководных участках Готландской и Гданьской впадин. При сравнении полученных данных с результатами исследований Института океанологии им. П. П. Ширшова РАН в 2005 г. отмечено почти двукратное снижение содержания 137Cs в донных осадках Финского залива, однако оно остается несоизмеримо высоким по сравнению с другими районами Балтики. Балтийское море по-прежнему является одним из самых загрязненных 137Cs морей в мире, но при отсутствии поступления дополнительных источников радиоактивности в акваторию Балтики можно прогнозировать, что радиационно-гигиеническое качество водных биологических объектов сохранится на достигнутом уровне. Акватория Балтийского моря имеет важное значение для населения всех прибалтийских стран, что обусловлено наличием и функционированием большого количества радиационных опасных объектов в водосборном бассейне, последствиями аварии на Чернобыльской АЭС и крайне низкой способностью этого моря к самоочищению [12–14].

Как для научной, так и для практической работы по охране акватории Балтийского моря остается актуальным мониторинг, от которого напрямую зависит качество оценки и прогноза состояния природной среды от антропогенного воздействия, включающая три основных направления деятельности:

• наблюдение за факторами, воздействующими на окружающую среду, и за состоянием среды;
• оценка фактического состояния природной среды;
• прогноз состояния окружающей природной среды и оценка этого состояния.

Несистематическая, отрывочная информация, получаемая в рамках действующей системы радиационно-гигиенического контроля, недостаточно отвечает современным требованиям, что постоянно требует необходимость разработки и внедрения новых форм и методов радиоэкологического наблюдения за территориями и прибрежными акваториями.

В рамках решения вышеуказанной проблемы продолжают выполняться работы с целью разработки методов, поиска источников радиоактивного загрязнения окружающей среды, определения структуры и пространственно-временных характеристик радиационных полей на прибрежных территориях и морских акваториях.

Задачи таких исследований включают в себя:

• получение достоверной информации о состоянии радиоэкологической обстановки в местах вероятного ее изменения и оценку эффективности существующих систем наблюдения за радиоэкологической обстановкой в береговых и морских условиях;
• разработку новых методов, поиск источников радиоактивного загрязнения окружающей среды, определение структуры, пространственно-временных характеристик радиационных полей;
• поиск наиболее эффективных методов обработки данных о радиационной обстановке и разработку новых способов компьютерной визуализации;
• развитие алгоритмов пространственно-временной интерполяции с прогнозом изменения состояния радиоэкологической обстановки на основе данных о фактическом загрязнении природной среды;
• разработку требований по созданию системы мониторинга радиоэкологической обстановки морских акваторий и прибрежных территорий [15].

Например, показательны методы и средства экологического мониторинга водных районов, которые достигаются построением карт радиационных полей с выделением радиационно-опасных зон и указанием мест расположения источников загрязнения, границ и направлений распространения радиоактивных веществ. Этим обеспечивается естественное восприятие информации и акцентируется внимание на главной смысловой нагрузке для принятия эффективных управленческих решений.

Сущность разрабатываемого подхода состоит в построении информационно экологической модели объекта на основе получаемых данных, приближающейся к реальному масштабу времени (часы–сутки в повседневных условиях). Такая система объединяет измерительные приборы, алгоритмы обработки информации и средства визуализации.

Синтез компьютерной картографии с базами данных радиационных измерений для отображения реальной ситуации на дисплее компьютера обеспечивает удобное для оператора средство контроля за состоянием объекта мониторинга и служит эффективным механизмом объединения многофакторной информации об объекте.

На морских акваториях к обязательным видам наблюдений следует отнести контроль за донными отложениями, а также контроль воды на горизонте 2 м от грунта, что позволяет выявить перенос радиоактивных веществ морской водой в придонном слое.

Методы применения донного гамма-спектрометра позволяют начать создание информационно-экологической модели, которая включает картирование природных и техногенных радиационных полей территорий и акваторий, построение карт распределения концентраций основных техногенных радионуклидов, отражение результатов оценки плотности альфа-бета-загрязнения поверхностей и глубинного мониторинга почвы, воды, грунта, указание мест отбора проб объектов природной среды для радионуклидного анализа [16, 17].

20 октября 2021 года в рамках Министерской сессии ХЕЛКОМ был принят обновленный План действий ХЕЛКОМ по Балтийскому морю на период до 2030 года. План мероприятий по Балтийскому морю, или ПМБМ, представляет собой стратегическую программу мер и действий ХЕЛКОМ для достижения надлежащего экологического состояния моря, что, в конечном итоге, приведет к оздоровлению Балтийского моря.

Несмотря на значительный прогресс, достигнутый странами за последние десятилетия, Балтийское море остается сильно подверженным загрязнению и антропогенной нагрузке. Самым серьезным источником давления остается эвтрофикация – чрезмерная концентрация биогеных веществ в море и основная причина вредоносного цветения водорослей, ведущего к истощению запасов кислорода в глубоких водах и нарушающему морское биоразнообразие. Обновленный План действий ХЕЛКОМ по Балтийскому морю содержит около 200 конкретных действий и мер, касающихся биоразнообразия, эвтрофикации опасных веществ и морской деятельности, включая судоходство и рыболовство. Кроме того, План касается вопросов изменения климата, морского мусора, фармацевтических препаратов, подводного шума и нарушения морского дна. Как было отмечено на Министерской сессии, План действий ХЕЛКОМ – это не только и не сколько экологический документ, сколько проработанная совместная политическая программа действий для всех стран региона.

Как показали последние оценки ХЕЛКОМ, загрязненное тяжелыми металлами, органическими загрязнителями и радиоактивными веществами Балтийское море по‐прежнему находится под сильным воздействием опасных веществ. В частности, уровни ПБДЭ, ртути и цезия-137 по‐прежнему высоки во всех частях моря. Кроме того, другие загрязняющие вещества, вызывающие растущую озабоченность, в частности, некоторые фармацевтические препараты, также были обнаружены почти во всех компонентах морской среды. Тем не менее из‐за нехватки данных о загрязняющих веществах, вызывающих обеспокоенность, а также о некоторых других контролируемых веществах, используемых в качестве индикаторов, и их поступлении в морскую среду, в настоящее время ХЕЛКОМ не может получить полную картину масштабов загрязнения Балтийского моря [18].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Для объективной оценки и прогнозирования радиационной обстановки необходимо использование современных средств измерений и сертифицированных методик, основанных на системе обеспечения качества с проведением регулярных межлабораторных испытаний, а также наличие соответствующих международных и национальных стандартов.

Однако даже при соблюдении всех этих условий результаты исследований порой трудно сопоставить из-за погрешностей систематического характера. Иногда это препятствует объединению данных в единый массив, что затрудняет их обработку и может привести к неправильным выводам.

Повышение эффективности систем обеспечения радиоэкологической безопасности требует постоянного и всестороннего анализа их состояния.

По-нашему мнению, объединенными усилиями научного сообщества, общественных организаций и профессионалов-практиков промышленных корпораций всех стран региона можно обеспечить экологическую безопасность акватории Балтийского моря.

В следующей статье мы намерены представить и обсудить материалы нашего исследования об актуальных мероприятиях и методах природопользования и реабилитации акватории Балтийского моря на основе современных разработок в радиоэкологии за рубежом и в России.

About the authors

Elina A. Savkina

Saint Petersburg State Chemical and Pharmaceutical University of the Ministry of Health of the Russian Federation

Author for correspondence.
Email: elina.savkina@spcpu.ru

Student

Russian Federation, Санкт-Петербург

Lyudmila V. Sklyarova

Saint Petersburg State University of Chemistry and Pharmacy of the Ministry of Health of the Russian Federation

Email: sklyarova.lyudmila@spcpu.ru

Master Student

Russian Federation, Saint Petersburg

Alexandra G. Podboronova

Saint Petersburg State Chemical and Pharmaceutical University; V.G. Khlopin Radium Institute

Email: podboronova.aleksandra@pharminnotech.com

Master Student, Engineer of the 2^nd category, Laboratory of Complex Technologies for the Separation of Isotopes and Fission Products

Russian Federation, Saint Petersburg

Mikhail Zharikov

Saint Petersburg State Chemical Pharmaceutical University;
North-West Institute of medical and biological problems and environmental protection

Email: zharikov.mihail@pharminnotech.com
ORCID iD: 0000-0003-0720-501X
SPIN-code: 7818-7228
ResearcherId: AAS-9156-2021

Master Student

Russian Federation, Санкт-Петербург

Ivan V. Perelygin

Lesgaft National State University of Physical Education, Sport and Health, Saint Petersburg, Russia

Email: primass@inbox.ru

Student

Russian Federation, Saint Petersburg

References

Supplementary files