Ядерные и изотопные методы могут помочь нам лучше понять мир, в котором мы живем. Благодаря собранным с их помощью данным можно вырабатывать более эффективную научно обоснованную политику, в том числе в отношении изменения климата. Мы можем изучать как наземные, так и водные системы, используя различные ядерные методы для оценки воздействия изменения климата на окружающую среду.
Эти методы и инструменты позволяют эффективным образом отслеживать выбросы парниковых газов, таких как углекислый газ (CO2), закись азота (N2O) и метан (CH4), получать представление о том, как изменения в окружающей среде влияют на океаны, горы и их экосистемы, и разрабатывать способы адаптации к нехватке продовольствия и воды, усугубляемой изменением погодных условий.
«Страны по всему миру во все большей степени признают ценность использования ядерных методов для борьбы с различными проблемами, связанными с изменением климата. Они на собственном опыте убеждаются в пользе технологий, пропагандируемых МАГАТЭ», — рассказывает Наджат Мохтар, заместитель Генерального директора МАГАТЭ и руководитель Департамента ядерных наук и применений.
С помощью изотопных методов собираются данные для выявления источников выбросов парниковых газов, их мониторинга и управления ими, позволяющие понять, как они связаны с изменениями, происходящими на суше, в океанах и в атмосфере. Вот как это происходит.
Что такое изотопы?
Атомы каждого химического элемента имеют характерное число протонов, нейтронов и электронов.
Атомы с одинаковым числом протонов, но разным числом нейтронов называются изотопами. Они имеют почти одинаковые химические свойства, но отличаются по массе и физическим свойствам. Существуют стабильные изотопы, которые не испускают излучение, и нестабильные радиоактивные изотопы.
Для измерения количества и соотношения изотопов, а также для отслеживания их происхождения, истории, источников и взаимодействия в окружающей среде используются различные ядерные методы. Эти измерения позволяют экспертам лучше понять функционирование различных экосистем.
Подробнее об изотопах и их применении рассказывается в материалах по ссылке.
Сокращение выбросов в сельском хозяйстве
Четверть выбросов парниковых газов приходится на сельское хозяйство. В частности, из-за сельскохозяйственных животных и химических удобрений происходит выброс CH4 и N2O — газа, в 300 раз более мощного, чем CO2, с точки зрения воздействия на глобальное потепление. Избыток удобрений, превращающихся в N2O, не только способствует глобальному потеплению, но и загрязняет почву и пресную воду. Для количественной и качественной оценки выбросов парниковых газов полезны ядерные методы.
Изотопы могут помочь определить количество удобрений, поглощаемых растениями, и, следовательно, уменьшить количество вносимых удобрений и объем выделяемого N2O.
Более подробная информация приводится в этой статье, посвященной сокращению выбросов парниковых газов с помощью ядерных методов.
Совершенствование растениеводства
Во многих странах изменение климата привело к возникновению чрезвычайно засушливых условий. Необходимо понять, как засуха влияет на рост сельскохозяйственных культур в этих новых условиях, и помочь найти способы экономии воды. В чем важность водных ресурсов?
Изотопы используются для оценки состояния и движения воды в почве, что позволяет понять, как выращивать подходящие сельскохозяйственные культуры в меняющихся условиях. Они помогают местным жителям адаптироваться к засушливым условиям и успешно использовать более дешевые и эффективные методы, такие как капельное орошение.
Гамма- и рентгеновское излучение, ускоряющее естественный процесс генетических изменений, используется в мутационной селекции растений для выведения новых сортов сельскохозяйственных культур, устойчивых к засухе, засоленности, болезням и вредителям. Семена и другой растительный материал подвергаются обработке, чтобы вызвать генетические изменения, сходные со спонтанными мутациями, в результате чего появляются улучшенные сорта с высокой урожайностью и культуры, лучше приспособленные к климатическим изменениям.
Узнайте больше об использовании ядерных методов в климатически оптимизированном сельском хозяйстве.
Изучение океанов
Океан поглощает четверть CO2, попадающего в атмосферу, в результате чего в океане накапливается в 50 раз больше CO2, чем в атмосфере. Увеличение количества CO2 ведет к подкислению океана, что может сказываться на морских организмах, не приспособленных к кислой среде, затрагивая целые экосистемы, пищевую цепь и, в конечном итоге, источники средств к существованию людей, зависящих от океана. Когда вода становится слишком кислой, она оказывает губительное воздействие на организмы.
Для изучения океана и его подкисления используются ядерные и изотопные методы. Они помогают оценить способность океана накапливать углерод, воздействие подкисления на морские организмы, прошлые изменения кислотности океана и влияние на будущие сценарии изменения климата. Для понимания углеродного цикла, в том числе источников и судьбы органических веществ, используются стабильные природные радиоизотопы.
Благодаря наличию такого понимания ученые и лица, ответственные за выработку политики, могут более эффективно реагировать на изменения и защищать жизнь в океане.
Дополнительную информацию о различных методах, используемых для изучения океанов, можно найти по ссылке.
Понимание запасов воды
Изменение климата влияет на источники и распределение осадков по всему миру, что приводит к изменениям в речном стоке и в пополнении подземных вод. Чтобы понять, как пополняются подземные водоносные горизонты и насколько они могут быть уязвимы к изменению климата, используется изотопная гидрология. Полученные благодаря ей данные помогают защищать и сохранять системы подземных вод.
Изотопная гидрология позволяет изучать изотопный состав водорода и кислорода в воде. Поскольку изотопный состав воды уникален в зависимости от времени и места выпадения осадков в районе ее происхождения, этот метод позволяет отследить, откуда поступает вода, чтобы защитить ее источник.
Другие изотопы используются для определения возраста воды, содержащейся в различных системах водоносных горизонтов. Оценивая возраст воды, ученые могут понять, как наиболее рационально использовать запасы воды, чтобы обеспечить их долгосрочную устойчивость.
Узнайте больше об использовании изотопной гидрологии.
Какую роль играет МАГАТЭ?
- МАГАТЭ использует ядерную науку и технологии, чтобы помочь странам в мониторинге изменения климата, смягчении его последствий и адаптации к нему. Оно дает рекомендации по сохранению и восстановлению окружающей среды, а также распространяет результаты исследований и информацию для содействия выработке политики.
- Совместный центр ФАО/МАГАТЭ по ядерным методам в области продовольствия и сельского хозяйства занимается разработкой и дальнейшим совершенствованием ядерных и изотопных методов для интенсификации сельскохозяйственного производства и сохранения природных ресурсов. МАГАТЭ расширяет возможности экспертов по всему миру, чтобы они могли использовать эти методы.
- В МАГАТЭ имеется Международный координационный центр по проблеме подкисления океана, способствующий расширению возможностей и глобальному взаимодействию ученых, занимающихся проблемой подкисления океана.
- Лаборатории окружающей среды МАГАТЭ используют ядерные и изотопные методы для улучшения понимания глобального углеродного цикла и для изучения способности океана накапливать углерод и соответствующего воздействия на будущие сценарии изменения климата.
- В партнерстве со Всемирной метеорологической организацией МАГАТЭ управляет Глобальной сетью «Изотопы в осадках», позволяющей предоставлять научные консультации, логистические услуги и техническую поддержку в сфере изотопной гидрологии.
Эта статья была впервые опубликована на сайте iaea.org/ru 6 октября 2021 года.