Ученые Лаборатории нейтронной физики им. И. М. Франка ОИЯИ в сотрудничестве с монгольским научным центром проводят экологические исследования в Улан-Баторе (Монголия), одной из самых грязных с экологической точки зрения столиц мира. Здесь расположена одна из крупнейших теплоэлектроцентралей в мире, работающая на буром угле.
Продуктами горения угля ежедневно дышат горожане и жители пригорода, в особенности зимой, когда температура воздуха может снижаться до минус сорока градусов, и сжигается особенно большое количество твердого топлива. Во время отопительного периода в столице Монголии стоит сильный смог: город находится в котловине, окруженной горами, погода там безветренная и воздух почти не движется. Эти обстоятельства крайне негативно сказываются на здоровье людей. Так, у детей из этого региона наблюдается повышенное число случаев рака крови.
Участник и один из инициаторов исследования Цог-Очир Цэндсурэн, сотрудник Лаборатории функциональных материалов Института физики и технологии Монгольской академии наук (ИФТ МАН) и младший научный сотрудник сектора нейтронного активационного анализа и прикладных исследований ЛНФ, рассказал о том, что в последние десять лет в Монголии уделяется повышенное внимание оценке качества воздуха в Улан-Баторе.
«Для нас это очень важное исследование. Улан-Батор – город, где наблюдается критически сильное загрязнение воздуха. Нам необходимо оценить количество токсичных элементов в воздухе и определить факторы, которые влияют на здоровье людей и, в особенности, детей. Поэтому сейчас мы проводим эти исследования, которые позволят понять, как нам действовать дальше в решении этой проблемы», — сообщил ученый.
Работа проводится в рамках сотрудничества между ОИЯИ и ИФТ МАН, также для проведения исследования в Улан-Баторе выделили городской грант на материалы и оборудование.
В Улан-Баторе официально действуют 13 стационарных станций мониторинга качества воздуха (некоторые из них расположены в 2-3 км от ТЭЦ), которые измеряют содержание озона, углекислого и угарного газа, двуокиси серы и двуокиси азота. Также измеряется содержание мелкодисперсной пыли – PM2.5 и PM10 – это частицы пыли, размером не превышающие соответственно 2,5 и 10 мкм, недоступные человеческому глазу, но благодаря своей величине преодолевающие естественные защитные барьеры и попадающие глубоко в легкие. Частицы мелкодисперсной пыли могут вызывать у человека серьезные патологии. Однако станции не оценивают содержание различных химических элементов на пылевых частицах, что как раз будет сделано в рамках исследования, проводимого в ОИЯИ.
«Станции мониторят достаточно ограниченное количество параметров – в основном это газообразные соединения, а также PM2.5 и PM10, и наша работа стала важным дополнением того, что уже делается», — прокомментировала научный руководитель исследования, начальник сектора нейтронного активационного анализа и прикладных исследований ЛНФ ОИЯИ Инга Зиньковская.
Мхи были предварительно собраны в России, в экологически чистом месте. Они были очищены, высушены и упакованы для исследования в сетчатые пластиковые мешочки. Затем по согласованию с муниципалитетом Улан-Батора они были установлены на всех 13 станциях мониторинга воздуха и сняты через различные промежутки времени: от 1 месяца до 9 месяцев. После этого монгольские коллеги вернули материал для исследования в Дубну. В общей сложности это почти 400 образцов, большинство из которых подготовлено для элементного анализа.
До конца нынешнего лета в ОИЯИ будет проведен многоэлементный анализ на содержание в образцах 15 химических элементов. В основном это токсичные тяжелые металлы: хром, никель, цинк, железо, барий, стронций, алюминий, ртуть, ванадий, свинец, кадмий, медь, мышьяк, сурьма.
Анализ качества воздуха при помощи мхов-биомониторов (Sphagnum girgensohnii) отличается простотой, дешевизной, но одновременно и высокой точностью. Мох является уникальным природным биомонитором. Не имея хорошо развитой корневой системы, он хорошо накапливает вредные вещества из воздуха. Строение покровных тканей мхов обеспечивает проникновение химических элементов в их клетки, где они участвуют в процессах метаболизма. Кроме того, мох сохраняет жизнеспособность даже в высушенном виде, в жару и мороз, что позволяет использовать его в научных целях.
Содержание ртути, накопившейся во мхах, было оценено в ЛНФ ОИЯИ при помощи прямого анализатора ртути. Остальные химические элементы в связи с остановкой реактора ИБР-2 не могут быть определены методом нейтронно-активационного анализа, поэтому будет использован метод атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ICP-AES).
«Если на установке РЕГАТА мы работаем с твердым образцом, то здесь мы сначала мхи переводим в растворы используя концентрированные кислоты, и потом уже в этих растворах будем определять содержание элементов, — рассказала Инга Зиньковская. — Мох – объект живой природы, он изначально содержит в себе разные химические элементы, поэтому часть образцов исследователи хранят в ЛНФ как контрольные. У нас есть исходные данные – все, что накопилось в экспонированных образцах, мы нормируем на эти данные, чтобы понять, содержание каких элементов во мхах увеличилось, а каких уменьшилось», — пояснила она.
Первые результаты исследования по 15 элементам будут известны уже в конце июня. На текущий момент ученые смогли оценить содержание ртути в образцах мха. В образцах, экспонированных в течение одного месяца, содержание ртути увеличилось на 20% по сравнению с контролем, в то время как в образцах мха, экспонированных в течение трех месяцев, содержание ртути в некоторых точках увеличилось до 50% по сравнению с контрольным образцом, находившимся в ЛНФ. Самое высокое накопление наблюдалось в точке 1-р Хороолол в районе Сонгинохайрхан, который является вторым по площади и населению районом Улан-Батора. Ученые надеются, что им удастся заинтересовать муниципалитет своими выводами и расширить исследование, добавив исследования почвы, в которых можно дополнительно определять содержание радионуклидов.
Также без помощи муниципалитета будет очень сложно получить доступ к эпидемиологическим данным в Монголии.
«Есть целый ряд индексов, которые позволяют оценить, каковы риски, что содержание определенного элемента в определенных концентрациях окажется вредным для здоровья взрослого или ребенка, — пояснила начальник сектора нейтронно-активационного анализа. – Поэтому наша задача связать результаты наших исследований с заболеваемостью в периоды, когда выбросы с ТЭЦ максимальны (зимой)».
Инга Зиньковская также отметила, что исследования со мхами-биомониторами (техника «мхи в мешочках») сектор ведет уже на протяжении десяти лет во многих странах: Сербии, Румынии, Молдове, Азербайджане, России. Однако именно монгольская столица стала первым местом, где усилия ученых оказались поддержаны городскими властями. Она также отметила инициативу и высокую степень организованности монгольских коллег в процессе проведения работ.