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 ссылкеexternal link, opens in a new tab.
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 методовexternal link, opens in a new tab.
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 ресурсовexternal link, opens in a new tab?
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 орошениеexternal link, opens in a new tab.
Гамма- и рентгеновское излучение, ускоряющее естественный процесс генетических изменений, используется в мутационной селекцииexternal link, opens in a new tab 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 хозяйствеexternal link, opens in a new tab.
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 ссылкеexternal link, opens in a new tab.
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 гидрологииexternal link, opens in a new tab.
Какую роль играет МАГАТЭ?
- МАГАТЭ использует ядерную науку и технологии, чтобы помочь странам в мониторинге изменения климата, смягчении его последствий и адаптации к немуexternal link, opens in a new tab. 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 хозяйстваexternal link, opens in a new tab 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 океанаexternal link, opens in a new tab, способствующий расширению возможностей и глобальному взаимодействию ученых, занимающихся проблемой подкисления океана.
- Лаборатории окружающей среды МАГАТЭexternal link, opens in a new tab 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»external link, opens in a new tab, 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.