История Казахстана тесно связана не только с ханами, караванными путями и древними городами, но и с тяжелым индустриальным наследием ХХ века. Это особенно заметно, если речь касается востока Казахстана. Но тяжелое индустриальное наследие Казахстана не ограничивается Семипалатинским полигоном: его отголоски можно обнаружить и в долине Шу. Для самой Жамбылской области река Шу и прилегающие земли имеют не только хозяйственное, но и историческое значение. При этом область небогата водой, а Тасоткель остается одним из крупнейших водохранилищ региона. Сегодня он по-прежнему важен для орошения и для экологических попусков воды в нижнее течение Шу. Поэтому разговор о состоянии природы здесь — это часть разговора о том, как Казахстан живет со своим прошлым и оберегает пространства, значимые и для истории, и для современного хозяйства
Источник: «Uptake of uranium, thorium and radium isotopes
by plants growing in dam impoundment Tasotkel and the Lower Shu region (Kazakhstan)»,
Ilona Matveyeva, Radojko Jaćimović, Petra Planinšek, Borut Smodiš и Mukhambetkali Burkitbayev
Radiochim. Acta 2016; 104(1): 51–57
Но в ХХ веке этот же широкий регион оказался включен и в атомную историю. В советское время Казахстан вместе с другими республиками Центральной Азии был одним из главных поставщиков урана, а с 2009 года и вовсе является мировым лидером по добыче природного урана. Проблема в том, что долгая работа урановой отрасли оставила после себя загрязненные участки и объекты «наследия». МАГАТЭ пишет, что по сельским районам Казахстана, Кыргызстана, Таджикистана и Узбекистана разбросаны почти 60 заброшенных урановых производственных площадок, представляющих риск для людей и окружающей среды. Именно на фоне этого промышленного прошлого и нужно читать статью Илоны Матвеевой и соавторов, опубликованную в Radiochimica Acta в 2016 году.
Почему это важно
Ученые хотели понять, как обычные травянистые растения ведут себя на территориях, связанных с урановой промышленностью: впитывают ли они уран, торий и радий, в каких количествах это делают и где именно эти вещества задерживаются — в корнях или в надземной части. Это знание важно хотя бы потому, что если растение способно забирать загрязняющие вещества из почвы, его можно рассматривать как возможный инструмент биоремедиации, то есть биологической очистки. Авторы прямо пишут, что биоремедиация — один из значимых и потенциально недорогих способов работы с загрязненными территориями, а высшие растения особенно интересны потому, что они естественным образом извлекают неорганические вещества из почвы.
Где и как проходила полевая работа
Место исследования выбрано не случайно. Авторы подчеркивают, что Шу проходит через одну из крупнейших урановых провинций мира — Кендыктас-Шу-Бетпакдала. Это важно для понимания: речь идет о сложной территории, где сходятся сразу два фактора. С одной стороны, здесь есть природная ураноносная геология — породы и руды, бурые угли, граниты и вулканические породы с повышенным содержанием радионуклидов уран-ториевого ряда. С другой стороны, на эту природную основу наложилось индустриальное наследие урановой отрасли. Поэтому исследование касается не только последствий производства, но и общей радиоэкологической сложности самого района.
Полевые работы прошли 7–8 июля 2011 года на 11 точках. Маршрут был выстроен последовательно, по ходу воды и местности: точка перед водохранилищем Тасоткель, само водохранилище, его верхняя часть, канал после водохранилища, затем ряд точек ниже по течению Шу и отдельно место слияния с рекой Курагатты. На карте в статье видно, что это цепочка наблюдений, позволяющая смотреть на территорию как на единую систему.
На каждой точке ученые брали и почву, и доминирующие травянистые растения. Почву отбирали с глубины 0–10 см в пяти близких точках рядом с растениями, потом смешивали в объединенную пробу. Растения собирали целиком, после доставки в лабораторию тщательно отмывали от пыли и почвенных частиц, а затем разделяли на листья, стебли и корни. Всего в работе рассматривались четыре вида: Xantium strumarium, Phragmites communis, Artemisia nitrosa и Artemisia serotina. На каждой точке брали один или два доминирующих вида.
Как ученые добивались точных измерений
Лабораторная часть была сложной. После сушки образцы растений взвешивали и превращали в золу при высокой температуре, чтобы убрать лишнюю органику и оставить то, что нужно измерять. Затем специалисты с помощью радиохимического разделения и альфа-спектрометрии определяли содержание изотопов урана, изотопов тория и радия-226 в почве и в золе растений. По сути, исследователи делали все возможное, чтобы прибор видел именно нужные радионуклиды.
Что показали сами результаты
Первый большой вывод статьи — разброс значений оказался очень заметным. В надземных частях растений, то есть в листьях, стеблях и метелках, активность U-238 менялась от 0,27 до 9,38 Бк/кг сухого вещества, U-234 — от 0,22 до 10,2, U-235 — от 0,01 до 0,99, Th-232 — от 0,10 до 6,92, Th-228 — от 1,58 до 13,5, Th-230 — от 0,25 до 6,14, а Ra-226 — от 0,82 до 8,93. Проще говоря, территория оказалась очень неоднородной, и растения на разных участках вели себя по-разному даже внутри одной и той же долины.
Если смотреть внимательнее, то самые низкие уровни авторы нашли в листьях Phragmites communis на точке 5. Но тот же самый вид на другой точке, у слияния с Курагатты, показывал уже высокие значения. А еще очень высокие концентрации обнаружились в листьях Artemisia serotina на точке 9. Это важное наблюдение: один и тот же вид в разных местах может вести себя совершенно по-разному, потому что местные геохимические условия и уровень загрязнения различаются.
Авторы также заметили устойчивую внутреннюю закономерность. Самые низкие значения обычно были в стеблях, особенно хорошо это видно у Artemisia serotina на точке 9. А вот для урана и тория корни, наоборот, чаще показывали более высокие концентрации, чем надземные части. Самый яркий пример — корни Xantium strumarium на точках 1 и 7: именно там зафиксированы самые высокие активности в корневой системе, вплоть до десятков Бк/кг по отдельным изотопам урана. Проще говоря, это означает, что некоторые растения перехватывают значительную часть радионуклидов еще внизу, не пуская их свободно в листья и стебли.
Как читать коэффициенты накопления
Чтобы понять не только абсолютные цифры, но и саму логику поведения растений, ученые рассчитали два показателя. Первый — это коэффициент концентрации. Он показывает отношение активности радионуклида в сухой части растения к активности в сухой почве. Другими словами, насколько охотно растение берет вещество из земли по сравнению с тем, сколько этого вещества лежит в самой почве. Авторы считали такие коэффициенты отдельно для листьев, стеблей и корней.
Здесь самым заметным оказался вид Artemisia serotina на точке 9: именно у него были самые высокие коэффициенты накопления среди изученных растений. Но авторы специально оговаривают, что даже его нельзя называть «сверхнакопителем» в строгом смысле слова. То есть это важное растение, но сам по себе он мгновенно почву не очистит. Еще одно любопытное наблюдение: относительно более высокие коэффициенты были у радия-226, урана-235 и тория-228. Для радия исследователи предлагают понятное химическое объяснение: он похож по поведению на кальций, а кальций растениям нужен, поэтому радий может легче входить в их ткани. Кроме того, радий попадает в растения не только из почвы, но и с водорастворимой формой из оросительной воды.
Второй показатель — это коэффициент корневого барьера. Он показывает, сколько радионуклида задерживается в корнях по сравнению с надземной частью. Если коэффициент высокий, корни работают как барьер. Если низкий, растение легче пропускает радионуклиды вверх. Здесь контраст между видами оказался особенно важным. У Xantium strumarium коэффициенты корневого барьера были самыми высокими, особенно по изотопам урана. По данным заключения статьи, они доходили примерно до 20. У Artemisia serotina, наоборот, коэффициенты были самыми низкими — меньше 1. Поэтому именно она лучше других переносила радионуклиды в листья и стебли. Подытоживая, Xantium strumarium в этой работе вел себя как «ловушка в корнях», а Artemisia serotina — как растение, которое легче выносит загрязнение наверх.
Почему эта работа важна для Казахстана
Главный практический вывод статьи в том, что растения в районе Тасоткеля и низовьев Шу нельзя рассматривать как одинаковые. Phragmites communis в целом чаще показывал низкие концентрации, хотя местами и он давал высокие значения. Xantium strumarium особенно хорошо задерживал радионуклиды в корнях. А Artemisia serotina в целом показала максимальные концентрации и наибольшую способность к накоплению в надземной части. Для биоремедиации это имеет прямой смысл: если вы хотите подбирать растения для очистки или хотя бы для мониторинга загрязненной территории, вам важно знать, кто удерживает вещества в корнях, а кто переносит их в надземную массу, которую уже можно скашивать, убирать и контролировать. Именно поэтому авторы считают полученные результаты важными для обсуждения будущих работ по очистке изученных участков.
