Панцири черепах хранят информацию о ядерных испытаниях и работах с ядерным топливом. К такому выводу пришли ученые, проанализировав соотношение 235U/238U и 236U/238U в кератине из щитков панциря зеленой черепахи с тихоокеанского атолла и двух сухопутных и двух пресноводных черепах из США. Оказалось, что у тех черепах, что жили рядом с местами испытания ядерного оружия, соотношение 235U/238U повышено, а у тех, что обитали недалеко от заводов по производству ядерного топлива, наоборот, понижено. При этом соотношение 236U/238U было повышено в обоих этих случаях. Как отмечается в статье для журнала PNAS Nexus, открытие поможет исследователям реконструировать историю загрязнения экосистем радиоактивными веществами.
В 1940-1990 годах во многих регионах мира проводились испытания ядерного оружия (сейчас эту практику продолжает только КНДР). Как правило, их устраивали в отдаленной и малонаселенной местности. Например, советские военные обычно использовали для ядерных тестов полигоны в степях и арктической тундре, а их американские и французские коллеги предпочитали пустыни или тихоокеанские атоллы. Однако даже при таких условиях испытания ядерного оружия оказали серьезное негативное воздействие на людей и окружающую среду. Его масштаб до сих пор остается предметом исследований.
Команда специалистов под руководством Сайлера Конрада (Cyler Conrad) из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории решила поискать свидетельства ядерных испытаний прошлого в телах черепах. Дело в том, что ареалы некоторых их видов пересекаются с местами проведения ядерных тестов. Таким образом, черепахи вполне могли оказаться в зоне радиоактивного загрязнения и накопить в тканях радиоактивные изотопы. Ранее ученые уже находили в костях этих рептилий значительные концентрации изотопов 137Cs и 90Sr, которые попадают в окружающую среду во время ядерных взрывов и аварий на атомных электростанциях. А Конрад с соавторами сосредоточили внимание на изотопных сигнатурах урана в роговых щитках черепашьих панцирей.
Исследователи нашли в музейных коллекциях пять черепашьих щитков, которые были добыты в разных районах ядерных испытаний, а также в местах добычи урана и работ с ядерным топливом. Первым из них стал щиток зеленой черепахи (Chelonia mydas), который был найден в желудке тигровой акулы (Galeocerdo cuvier), пойманной у тихоокеанского атолла Эниветок в 1978 году. На момент гибели от зубов акулы этой особи было 10-20 лет, а ядерные испытания в данном районе закончились в 1958 году, так что, скорее всего, непосредственно она их не застала. Второй щиток принадлежал пустынному западному гоферу (Gopherus agassizii). Он был собран в 1959 на юго-западе Юты, примерно в 240 километрах от бывшего Невадского испытательного полигона, где в 1951-1962 годах тестировали ядерное оружие.
Третий щиток, который авторы взяли для исследования, был собран у сонорского гофера (G. morafkai) в 1999 году на юго-западе Аризоны. В этой местности ядерные испытания не проводились, так что данный образец использовался в качестве контроля. Четвертый щиток принадлежал иероглифовой чепепахе (Pseudemys concinna). Его добыли в 1985 году на ядерном могильнике «Саванна-ривер» в Южной Каролине, где с 1950 до конца 1980 годов добывали уран, а также изготавливали и перерабатывали ядерное топливо. Наконец, пятый щиток был взят в 1962 году у восточной коробчатой черепахи (Terrapene carolina carolina) в резервации Ок-Ридж в штате Теннесси. В этом месте с 1940 года добывали уран и изготавливали ядерное топливо.
Из всех пяти щитков Конрад с соавторами взяли небольшое количество кератина и оценили соотношение содержащихся в нем изотопов урана 235U/238U и 236U/238Uи 236U/238U. Лишь в щитке сонорского гофера соотношение 235U/238U и 236U/238Uоказалось неотличимым от естественного. В образцах из Южной Каролины и Теннесси оно было ниже нормы, а в образцах из Юты и с атолла Эниветок — выше нормы. У сонорского гофера не было выявлено следов изотопа 236U, что соответствует естественному состоянию (поскольку природных источников этого изотопа не существует). Зато у черепах из Южной Каролины, Теннесси и с атолла Эниветок было выявлено значительное количество изотопа 236U, так что соотношение 236U/238U значительно превышало норму. У образца из Юты соотношение 236U/238U было немного выше нормы.
По мнению авторов, зеленая черепаха с атолла Эниветок подверглась радиоактивному загрязнению за год до гибели, когда на острове проводились работы по строительству саркофага. Вероятно, во время работ 235U и 236U попали в воду и песок, а оттуда — в тело рептилии, например, с водорослями, которые она поедала. Пустынный западный гофер из Юты жил достаточно далеко от места испытаний, однако, вероятно, попал под радиоактивные осадки. А сонорскому гоферу из Аризоны и вовсе удалось избежать столкновения последствиями ядерных испытаний. Что касается черепах из Южной Каролины и Теннесси, то они подверглись воздействию обедненного урана, который оказался в окружающей среде при производстве ядерного топлива. Интересно, что на щитке восточной коробчатой черепахи из Теннесси сохранилось семь слоев, соответствующих семи годам ее жизни, с 1955 по 1962 годы. Минимальное соотношение 235U/238U и 236U/238Uбыло выявлено в слое, который сформировался, пока рептилия еще накопилась в яйце. Таким образом, она, вероятно, получила радиоактивные изотопы от матери.
Результаты исследования подтверждают, что черепахи способны накапливать антропогенные радиоактивные изотопы из окружающей среды в своих панцирях. При этом оценить соотношение разных изотопов урана можно даже по очень скромному количеству кератина. Авторы надеются. что данные, полученные из черепашьих панцирей, позволят точнее реконструировать историю загрязнения экосистем радиоактивными отходами.
Из-за ядерных испытаний концентрация углерода-14 в атмосфере и тканях живых организмов в середине прошлого века резко выросла, а затем постепенно снижалась. Оценивая долю этого изотопа в контрабандных бивнях слонов, можно понять, когда они были убиты. Применив этот подход к партии слоновой кости, изъятой в Уганде в 2019 году, исследователи выяснили, что она была добыта в 1980 годах. С тех пор она хранилась в государственном хранилище Бурунди, откуда ее затем украли.