Фитопланктон может играть ключевую роль в естественном очищении пресных водоемов от радиоактивного загрязнения. К такому выводу пришли ученые Института геохимии и аналитической химии имени Вернадского (ГЕОХИ РАН) совместно с коллегами из Института физической химии и электрохимии имени Фрумкина (ИФХЭ РАН).
Российские специалисты проанализировали механизмы миграции радионуклидов в водных экосистемах. Исследование показало, что микроскопические водоросли способны поглощать радионуклиды из воды, а после завершения жизненного цикла оседают на дно, перенося накопленные радиоактивные вещества в донные отложения. Результаты исследования опубликованы в журнале Biology.
В качестве модели были взяты образцы воды и донных отложений из небольшого ледникового озера Дрязло. Оно расположено в малонаселенном Нелидовском районе Тверской области и примечательно рыбалкой и тем что на берегу расположено село с говорящим названием Кукуево. В районе озера нет ни промышленных предприятий, ни сельскохозяйственных угодий и ферм. Вода и донные осадки озера оказались практически стерильны от техногенных загрязнений, что в прямом и переносном смысле обеспечило чистоту эксперимента.
Собрав пробы в разных частях озера, ученые добавили в воду и в донные отложения дозы стронция-90, плутония и америция, характерные для разной степени техногенного загрязнения — от стандартного фона до крупной аварии. Затем материалы были помещен в температурные условия, естественные для озера.
В результате наблюдений исследователи выяснили, что после завершения жизненного цикла фитопланктона и оседания органического материала на дно в иле начинают активно развиваться анаэробные микроорганизмы. Их деятельность способствует образованию труднорастворимых минеральных соединений, которые надежно фиксируют радионуклиды. Формируется естественный минерально-органический анаэробный барьер, способный удерживать радиоактивные элементы независимо от сезонных изменений условий в водоеме.
Но самым важным результатом эксперимента оказалось даже не это. Добавление в воду незначительного количества азотно-фосфорных удобрений резко ускорило рост фитопланктона. Это явление называется эвтрофикацией. В результате даже сильно загрязненные радионуклидами пробы вскоре оказались очищенными — опасные вещества сначала связали водоросли, а потом надежно «упаковали» донные бактерии.
Какие радионуклиды наиболее опасны для пресных водоемов
Поведение радионуклидов в воде существенно различается. Наиболее подвижными оказался изотоп 90Sr, тогда как химически менее активные плутоний и америций быстрее закрепились в донных осадках. Не участвовавший в экспериментах но потенциально самый опасный 137Cs должен вести себя примерно так же, как стронций. Именно поэтому понимание роли фитопланктона важно при прогнозировании самоочищения загрязненных водоемов и разработке технологий биологической ремедиации.
Полученные результаты могут использоваться при оценке состояния водоемов, пострадавших после радиационных аварий, а также при создании экологически безопасных методов очистки загрязненной воды в водоемах-охладителях АЭС.
Микроорганизмы формируют сульфидно-железистые минералы — пирит, вюрцит, гидротроилит, — которые прочно связывают радионуклиды и препятствуют их повторному выходу в воду. Однако такой подход актуален прежде всего для сильно загрязненных техногенных водоемов, поскольку в природных озерах с низким уровнем загрязнения искусственное эвтрофирование может вызывать дефицит кислорода и развитие токсичных цианобактерий.
Глобальный контекст
После аварии на Чернобыльской АЭС именно процессы осаждения взвешенных частиц и донных отложений стали одним из главных факторов снижения концентрации радиоцезия в европейских озерах.
В Японии после аварии на АЭС «Фукусима-1» ученые также обнаружили способность пресноводных водорослей и высших водных растений накапливать радиоцезий, что подтвердило универсальность подобных природных механизмов.
Ранее российские исследователи показали, что некоторые цианобактерии также способны извлекать из воды не только цезий и стронций, но также уран, плутоний, америций и нептуний. Но сами цианобактерии опасны для всех прочих обитателей водоема (и для человека тоже, если он вздумает в таком водоеме купаться).
Ранее мы рассказали, как мигрируют и где накапливаются техногенные радионуклиды в российской Арктике.
