Мы продолжаем спецпроект “Наука крупным планом”. Сегодня расскажем о том, чем занимаются в Лаборатории экологической геохимии и эволюции геосистем Института геохимии СО РАН.
Геохимия – наука о химическом составе разных оболочек нашей планеты. Ее фундаментальная задача – определение химического состава всех сопряженных компонентов Земли (порода, почва, вода, атмосфера, животный и растительный мир, человек…), которые эволюционируют во времени. А одна из прикладных задач – определение фоновых и предельно допустимых концентраций элементов в различных компонентах и определение их безопасности для существования всего живого на Земле. Лаборатория экологической геохимии и эволюции геосистем ИГХ СО РАН проводит комплексные исследования природной среды. Одна группа ученых выполняет геохимический мониторинг Байкала, другая исследует стойкие органические загрязнители. Третья следит за состоянием среды в городах, где когда-то располагались химические производства. Обо всем этом невозможно рассказать в одном материале, но мы выделим важные моменты, и начнем с фундаментальных исследований, ведь любое научное учреждение базируется именно на них.
Оттепели всегда сменяются заморозками
В первую очередь лаборатория изучает пространственно-временную изменчивость экосистем. Как рассказала заведующая, доктор географических наук Елена Вячеславовна Безрукова, мы живем в современную межледниковую эпоху, которая наступила 11 700 лет назад. Те экосистемы, которые нам знакомы, как раз и начали формироваться с этого времени. И, хотя, даже современная межледниковая эпоха не была климатически однородной, и коротковременные потепления внутри нее чередовались с такими же похолоданиями, в настоящее время на Земле снова отмечен процесс глобального потепления, начавшийся в 60-70 годах прошлого века. Наблюдаемые изменения отчасти имеют антропогенные причины. Однако ученые знают, что потепления и похолодания имеют природную цикличность. И после нынешней “оттепели” нас снова ждут “заморозки”.
Но изменения стали происходить все чаще
Но вот на что обратили наши ученые внимание – изменения в природе стали происходить все чаще. Елена Безрукова отмечает, что, например, в нашем регионе до 2,8 миллионов лет назад климат был гораздо теплее, позднее 2,8 миллиона лет назад началось похолодание, и около 755 тысяч лет назад в системе глобального климата, а наряду с ним и региональном климате Сибири, каждые 100 тысяч идет чередование ледниковых и межледниковых периодов. Понять это ученым помог крупнейший проект, реализованный совместно с учеными из других стран в 90-х годы XX века – “Байкал-бурение”. Для геохимиков Прибайкалья это было глобальное событие. Ученым удалось пробурить дно озера Байкал и извлечь керн длиной в 600 метров, наполненный донными отложениями озера. Так ученые увидели породы, образованные за последние почти 8 миллионов лет.
Это были уникальные исследования. Мы расшифровали с помощью добытого тогда керна природную среду Байкальского региона с шагом в 500 лет (один шаг – один сантиметр керна)”.
Расшифровывать изменения природной среды с использованием донных отложений озера Байкал с еще более дробным временным шагом очень сложно. Поэтому сейчас ученые уделяют внимание малым озерам, где один сантиметр может быть сформирован всего за несколько десятков лет. В частности, исследования ведут на озере Котокель с помощью понтонной буровой установки. Оказалось, что только это малое озеро содержит запись природной среды за 50 тысяч лет, то есть оно видело последний ледниковый период (100-11 тысяч лет назад), видело времена, когда в этой местности преобладали тундростепи, паслись стада крупных травоядных животных , часть видов которых вымерла. И сейчас озеро видит перемены, происходящие с климатом.
Подводя небольшой итог вышесказанного, подчеркнем, что характерной чертой современности стало более частое проявление экстремальных погодных явлений. Эти явления вызывают серьезные сдвиги в развитии современных эко- и геосистем. Поэтому сегодня так важна работа ученых-экологов. Полученные ими результаты способствуют более глубокому пониманию причин как глобального, так и регионального изменения климат и разработке программ адаптации деятельности человека к меняющейся природной среде. И, конечно, обладая знаниями о прошлом, можно создавать прогнозные модели на ближайшее будущее. Это не значит, что ученые точно знают, чего ждать. Но геохимические исследования, наряду с результатами других методов позволяет рассчитать длительность циклов природных явлений и, например, показать, что, возможно, через несколько тысяч лет человек станет жить в ледниковом периоде. Предпосылок к тому, что природный цикл может нарушиться, пока нет. Кстати, о предстоящем похолодании говорят и ученые других областей, например, об этом говорил известный в России антрополог Станислав Дробышевский.
Ученые отмечают: нам, в Сибири, ни глобальных потеплений, ни глобальных похолоданий можно особенно не опасаться, ведь климат у нас и так резко континентальный, мы видели морозы и знаем, что такое жара.
Климат меняется, Байкал остается
Валентина Ивановна Гребенщикова, доктор геолого-минералогических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории экологической геохимии и эволюции геосистем уже много лет исследует воду Байкальской экосистемы – Байкала, многочисленных притоков, единственного стока Байкала – истока Ангары, подземные воды. Валентина Ивановна отмечает, что в 21 веке многие страны мира испытывают дефицит воды: Китай, Африка, Ближний Восток. Поэтому важно сохранить нашу водную жемчужину – Байкальскую экосистему, так как в Байкале сосредоточено 20% чистой питьевой воды всего мира.
Цель научных исследований – выявлять возможные изменения в экосистеме Байкала, в химическом составе самой воды, анализировать все химические компоненты, способные оказывать как положительное (селен, иод, фтор и др.), так и отрицательное (ртуть, уран и др.) влияние на воду. Несмотря на возросшую в последние десятилетия антропогенную нагрузку на Байкал, вода в нем по химическому составу остается чистой и насыщенной кислородом, содержание токсичных элементов – низким. Одно из мест на Байкале, которое позволяет вести непрерывный геохимический мониторинг – исток реки Ангары, где вода никогда не замерзает. Исследования показали, что последние 80 лет (с 1950 г.) вода в Байкале и истоке Ангары по химическому составу остается чистой, в частности, благодаря тому, что у озера есть одна уникальная черта – способность воды к самоочищению. За последние годы средний химический состав воды истока Ангары, а соответственно и воды Байкала имеет циклично-волновое распределение, не превышают предельно допустимых концентраций химических элементов для питьевых вод и воды рыбохозяйственных водоемов.
Но есть химический состав, а есть санитарно-гигиенические нормы. Известно, что в прибрежных зонах качество воды им не соответствует, что объясняется влиянием туристического бизнеса и постоянно проживающего населения. Однако обновлению воды способствует подъем глубинной и опускание поверхностной воды в береговых зонах, а также разнонаправленные течения на Байкале”.
Несмотря на чистоту воды, на Байкале периодически отмечается гибель рыбы и нерпы. Превышение в такие периоды концентраций ртути в воде выше предельно допустимых концентраций было замечено еще в 1998-2000 гг. П.В. Ковалем и др. Эта проблема интересует многих исследователей. Некоторые предполагают, что гибель голомянки может быть обусловлена увеличением концентраций метана в воде Байкала, другие предполагают резкое, но кратковременное увеличение во время землетрясений и геодинамических подвижках ртути и, возможно, других токсичных компонентов (уран, радон), что может вызывать отравление эндемиков. Однако выполнить анализ органов и тканей погибших рыб и нерп пока не удается в связи с их быстрой утилизацией. Существуют и другие предположения о гибели эндемиков Байкала.
Подведем небольшой итог этой части. Байкал остается нашей жемчужиной, вода в нем еще остается чистой, даже при такой обширной линейке источников появления опасных элементов. Задача нашего поколения – сберечь это природное чудо.
Мышьяк и ртуть тоже остаются
Мы не должны повторять историй с БЦБК, Усольехимпромом, заводом по производству мышьяка. Все эти предприятия оставили за собой очень «грязный» след. Хорошо, что сейчас проводится работа по ликвидации отходов, но сколько почв и воды уже заражено. Нам повезло, что не было таких ЧС, из-за которых отходы того же БЦБК могли бы оказаться в Байкале, это была бы экологическая катастрофа. Но все же предприятия работали не без последствий. Группа научных сотрудников лаборатории – кандидат биологических наук Александр Анатольевич Мамонтов и кандидат медицинских наук Елена Анатольевна Мамонтова – исследует стойкие органические загрязнители (СОЗ) – хлорсодержащие пестициды и другие хлорорганические соединения искусственного происхождения. Они долго сохраняются в окружающей среде и переносятся на большие расстояния. Лаборатория ведет исследования в этом направлении как в Прибайкалье, так и в Монголии, и в других районах Сибири и Дальнего Востока России. СОЗ канцерогенны и могут концентрироваться в рыбе и других живых организмах. В Иркутской области хватает источников этих загрязнителей: Усольехимпром, БЛПК, Саянскхимпласт, БЦБК. К примеру, ученые уже даже после остановки производств “Усольехимпрома” обнаруживают повышенные концентрации диоксинов в курином яйце и в молочной продукции. А в жирной рыбе, выловленной ниже сброса сточных вод Усольехимпрома, концентрации превышают ПДК ПХБ в рыбе, используемой в питании детей.
Мы проводили совместные исследования с областным онкодиспансером и другими медицинскими учреждениями городов Иркутска, Усолья-Сибирского, Шелехово, Ольхонского, Качугского и еще ряда районов и выявили повышенные концентрации диоксинов и полихлорированных бифенилов (ПХБ) в организмах жителей Усолья-Сибирского, где находился Усольехимпром – предприятие по производству хлорорганической продукции. Также повышенные по сравнению с другими районами Иркутской области концентрации диоксинов и ПХБ нашли у жительниц с. Онгурен в Ольхонском районе. Сначала было трудно понять источник диоксинов и ПХБ в Ольхонском районе, но потом установили, что это нерпа, которая является одним из традиционных продуктов питания местного населения, а нерпа накапливает токсиканты при поедании рыбы, в основном голомянки”.
Стойкие органические загрязнители сохраняются в окружающей среде очень долго. Однако, в настоящее время концентраций СОЗ, например в атмосферном воздухе, значительно ниже, чем в 1980х – начале 1990х гг..
Следующая группа ученых – кандидат геолого-минералогических наук Галина Алексеева Белоголова и младший научный сотрудник Борис Баенгуев – изучают территорию, на которой в советские годы – с 1934 по 1958 – работало производство мышьяка в Свирске – “Ангарский металлургический завод (АМЗ)”. После его закрытия это место стало зоной экологического бедствия, долгое время отходы оставались на промплощадке, даже не вывозились, земля уже была заражена. В 2011–2014 годах загрязнение ликвидировали, сейчас на месте завода чистое поле. Позднее появлялась информация о том, что опасность миновала. Однако исследования последних лет показывают, что это не совсем так. Ученые лично выезжали неоднократно на место, брали пробы почв и получили нерадужные результаты. Тяжелые металлы в пробах почв до сих пор сохраняются, тем более что ликвидирована была лишь часть территории промышленной площадки, самая загрязненная, но не вся промплощадка. Здесь есть превышение ПДК по мышьяку, свинцу, кадмию, меди и цинку. Причем, не только в почвах, но и в растительности. При этом бывшая территория завода никак не огорожена, и здесь спокойно пасутся коровы. Ученые заявляют – эта местность еще очень долго будет заражена, никакой хозяйственной деятельности здесь вести нельзя. Всю промплощадку необходимо огородить и продолжать рекультивацию. Здесь нельзя пасти скот, размещать тепличные хозяйства, даже просто гулять детям.
Продолжила тему загрязнений кандидат геолого-минералогических наук Вера Игоревна Полетаева. Она изучает экосистемы водохранилищ Ангарского каскада ГЭС и точно может сказать – в Приангарье самое загрязненное – Братское водохранилище. На протяжении нескольких десятков лет огромное количество органических и неорганических веществ поступило в Братское водохранилище со сточными водами предприятия «Усольехимпром». И в 90-е годы прошлого и начале этого столетия ученые регистрировали превышение нормативных концентраций вредных веществ в воде водохранилища в десятки разы. Сегодня концентрации снижаются, однако много загрязнителей, в том числе ртуть, осталось в донных отложениях. Так, было установлено, что в донных отложениях Братского водохранилища находится около 76 тонн техногенной ртути, из которых значительная часть приурочена к верхней части водоема. И донные отложения уже никак от ртути не очистить – если начинать такие работы, то при взмучивании мелкодисперсные частицы, обогащенные ртутью, перейдут во взвешенное состояние и разнесутся на большие расстояния вниз по течению. Теперь можно только ждать, что ртуть там захоронится естественным путем.
Итог этой части нашего материала – повторять судьбу производств, выбрасывающих вредные вещества, никак их сразу не утилизируя, а позволяя попадать в реки, – ни в коем случае нельзя. Тяжелые металлы и другие опасные элементы хранятся в экосистемах годами, в некоторых случаях их уже невозможно ликвидировать.
Наука видит это все. Ученые постоянно направляют результаты своих исследований в органы власти. Именно благодаря работе ученых власти могут увидеть обозначенные проблемы. Без ученых и экологов-общественников в свое время не было бы принято решений о ликвидации отходов и “Усольехимпрома” и Байкальского ЦБК. Благодаря работе ученых из разных институтов сегодня на федеральном уровне рассматривают вопрос о запрете на Байкале использования пластика и одноразовой посуды. Мы не всегда можем понять, чем занимаются научные сотрудники, их работу никто не рекламирует, но они делают большое дело. А мы продолжим писать о нашей науке. Читайте и другие материалы в нашей рубрике “Наука крупным планом”.
Анастасия Украинская, Юрий Орлов. “Иркутск Сегодня”