Что скрывают ринги Куросио?

Более года прошло с тех пор, как Японию постигла одна из крупнейших природных катастроф новейшего времени. В результате землетрясения и последующего цунами в северо-восточном регионе Японии на АЭС Фукусима-1 произошла техногенная катастрофа с последующим загрязнением почвы вокруг станции и прилегающей акватории Тихого океана радиоактивными материалами.

В ДВО РАН была разработана и принята к реализации программа оценки возможной угрозы радиационного загрязнения вод дальневосточных морей, воздушной среды. Для ее оценки был организован отбор и анализ проб морской воды в поверхностном слое в фиксированных точках на акватории Японского и Охотского морей и северо-западной части Тихого океана. Во Владивостоке проводился отбор и анализ проб аэрозолей и атмосферной влаги. Был выполнен прогноз распространения вод содержащих радионуклиды на основе гидродинамического моделирования. Результаты исследований, модельные расчеты и оценки наших ученых показали, что непосредственной угрозы радиационного заражения территории Дальнего Востока нет.

Нынешним летом Тихоокеанским океанологическим институтом им. В.И. Ильичева (ТОИ) ДВО РАН была организована экспедиция на НИС «Профессор Гагаринский» (рейс №56) в Японское и Охотское моря и в северо-западную часть Тихого океана к востоку от Курил и Японии. Экспедицией руководил заместитель директора по научной работе, заведующий отделом общей океанологии, заведующий лабораторией физической океанологии кандидат географических наук Вячеслав Борисович Лобанов. 

 

В.Б. Лобанов (слева)

Основная задача экспедиции состояла в оценке уровня радиационного загрязнения, а также в исследовании динамических процессов в океане с использованием в качестве трассеров аварийных радионуклидов. Было необходимо определить глубину проникновения загрязнения, исследовать горизонтальный перенос, определить роль рингов Куросио. Отбор образцов производили с учетом результатов модельных расчетов, выполненных в лаборатории нелинейных динамических систем ТОИ, которой руководит доктор физико-математических наук  Сергей Владимирович Пранц.

За время экспедиции было выполнено 88 гидрологических станций, на 38 из них были отобраны пробы воды большого объема (85-125 литров) для анализа на содержание искусственных гамма-излучающих радионуклидов. Отбор проб проводили как из поверхностного слоя, так и с глубин на отдельных станциях до горизонта 3600 метров, для чего судно было специально оборудовано глубоководной лебедкой.

Финансирование экспедиции осуществлялось в рамках целевой поддержки Президиума ДВО РАН. О предварительных научных результатах, полученных в экспедиции рассказывает Владимир Алексеевич ГОРЯЧЕВ, заведующий лабораторией ядерной океанологии Тихоокеанского океанологического института имени В.И. Ильичева ДВО РАН, кандидат технических наук. 

 

В.А. Горячев

Он кратко напомнил события прошлого года, последовавшие после аварии на АЭС «Фукусима-1». Присутствие «аварийных» радионуклидов в атмосфере Владивостока было зарегистрировано на 12 сутки после аварии, что соответствует среднему периоду переноса пассивной примеси в атмосфере Земли. Результаты измерений показали, что даже максимальная концентрация изотопов I-131, Cs-137, Cs-134 в атмосферном воздухе оказалась на 4 порядка ниже допустимой среднегодовой объемной активности. В пробах морской воды, отобранных в Уссурийском заливе в начале апреля, Cs-134 отсутствовал, а концентрация Cs-137 не превысила фоновых значений. Значимые уровни содержания Cs-134 были зарегистрированы в пробах воды, отобранных в заливе во второй половине мая. В пробах открытой части моря, отобранных в первой половине ноября, также присутствовал Cs-134. В Охотском море концентрация Cs-134 составила 0.1-0.2 Бк/м³. Концентрация Cs-137, явно превышающая фоновые уровни была зарегистрирована в пробах, отобранных с океанской стороны южных Курил (4.5, 6.4 Бк/м³). Концентрация Cs-134 в точках отбора составила 0.2-2.0 Бк/м3. 

Cs-137 – один из главных компонентов радиоактивного загрязнения биосферы, его период полураспада составляет 30 лет. Он содержится в радиоактивных выпадениях, радиоактивных отходах, сбросах заводов, перерабатывающих отходы атомных электростанций. Интенсивно сорбируется почвой и донными отложениями; в воде находится преимущественно в виде ионов. Может содержаться в растениях и организме животных и человека. Коэффициент накопления изотопа цезия наиболее высок у пресноводных водорослей и арктических наземных растений, особенно лишайников. В организме животных Cs-137 накапливается главным образом в мышцах и в печени. Ввиду длительного периода полураспада, наличие данного изотопа в биосфере свидетельствует о событиях последних нескольких десятков лет, сопровождавшихся радиоактивным загрязнением. К примеру, содержание Cs-137 в морской среде северо-западной части Тихого океана до аварии на АЭС Фукусима-1, являлось не столько следствием аварийного выброса Чернобыльской АЭС, сколько следствием испытаний ядерного оружия начала 60-х годов прошлого века.

Напротив, наличие сравнительно короткоживущего Cs-134 (его период полураспада составляет всего 2,06 года) свидетельствует о недавних событиях. Он обладает существенно более высокой удельной активностью и более жестким по сравнению с Cs-137 гамма-излучением, что делает его одним из наиболее опасных элементов при радиационных авариях.

Присутствие «аварийных» радионуклидов в поверхностной воде Японского и Охотского морей обусловлено их выпадением на поверхность акваторий в составе атмосферных аэрозолей и осадков. Метеорологические условия во время максимальных выбросов были таковы, что генеральный перенос загрязнения в атмосфере был направлен на северо-восток. 

Особенности циркуляции Японского моря и северо-западной части Тихого океана исключили прямое проникновение вод, загрязненных продуктами аварии Фукусимы, в эти бассейны. 

Результаты многолетних инструментальных наблюдений и численное моделирование распространения в океане загрязнения от аварийной АЭС, выполненное в ТОИ ДВО РАН показывают захват вод из района источника системой вихревых структур субарктической фронтальной зоны (область взаимодействия течений Куросио-Ойясио), их изоляцию в отдельных вихрях синоптического масштаба (ринги Куросио) и перенос на север в район Курильских островов. 

После аварии на АЭС «Фукусима-1» около десяти экспедиций на судах «Академик Лаврентьев», «Профессор Гагаринский», «Академик Опарин» неоднократно доставляли пробы морской воды, отобранные в водах дальневосточных морей для исследований и только в некоторых из них зарегистрировано присутствие Cs-134 и незначительное превышение фоновых значений концентрации Cs-137. 

Результаты исследований ученых США, Японии показали, что до конца 2011 года за пределы северной границы Куросио радиационное загрязнение не проникло. В южном направлении пятно загрязнения распространяется медленно, а вот в восточном, в зоне смешения течений Ойясио и Куросио, напротив – относительно быстро. Наибольшая активность в собранных образцах наблюдалась именно в пределах зоны смешения вод этих течений, то есть к востоку от префектуры Фукусима. 

Пройдя пролив Буссоль, на станции с восточной стороны острова Симушир экспедицией надежно зарегистрировано наличие в образцах Cs-134, что подтверждает, что источником радиоактивного загрязнения является след от АЭС «Фукусима-1». 

Двигаясь в южном направлении, экспедиция вошла в зону взаимодействия течений Куросио и Ойясио. Эта зона относится к основным климатическим фронтальным зонам Мирового океана. Она – одна из энергоактивных и наиболее продуктивных зон Мирового океана. В ее пределах и прилегающих водах происходит нерест, миграция и нагул сайры, сардины, скумбрии и других объектов промысла. Другой ее особенностью является нестационарность и многомасштабность океанических процессов и их обостренность во фронтальных зонах. Традиционные океанологические методы исследования не всегда достаточно репрезентативны в отношении пространственных или временных масштабов синоптической и мезомасштабной изменчивости океана. Поэтому, несмотря на то, что фронтальная зона Куросио – Ойясио является одним из наиболее активно изучаемых районов океана, остаются неясными многие вопросы ее структуры и изменчивости. К примеру, соотношение струйных течений и вихрей, взаимодействие вихрей с течениями и между собой, возможности типизации структуры или процессов во фронтальной зоне и другие. Некоторые из образовавшихся рингов двигаются в направлении Камчатки, на северо-восток, охлаждаясь и диссипируя. Но есть и холодные ринги, движущиеся со стороны Камчатки, а один из крупнейших рингов – стационарный, располагается в нескольких сотнях километров к востоку от острова Хонсю.

Альбом: Океанологи, робототехники

Ринг, помеченный радиоактивным загрязнением, переносит свои воды в северо-западном направлении. Было бы интересно подробнее узнать как далеко? Отследить, как трансформируется содержащаяся в нем вода. Эти данные, в отличие от таких параметров как температура и соленость воды однозначно связаны с водными массами конкретного ринга. 

В процессе своего развития ринги отдают тепло окружающей среде, получают пресную воду, поэтому важно знать для каждого отдельного момента времени, какую часть от общего количества составляет вода, первоначально содержавшаяся в нем. Но такое знание дорого стоит, поскольку каждый день работы экспедиции влечет за собой немалые финансовые затраты. 

Из других трудностей работы экспедиции, можно отметить, что судно было спроектировано и построено для проведения геофизических исследований, его лаборатории мало приспособлены для выполнения химических работ. Возможно, для последующих аналогичных экспедиций в большей степени подошло бы другое исследовательское судно. Важно расширить область проведения исследований но, к сожалению, автономность экспедиционного судна не позволила этого сделать. Тем не менее, я рад представившейся возможности публично выразить искреннюю благодарность всем членам экипажа НИС «Профессор Гагаринский» во главе с капитаном Александром Владимировичем Парубенко за их самоотверженный нелегкий труд в непростых условиях плавания в открытом океане, что в значительной части способствовало выполнению программы экспедиции.

Исследование накопления радионуклидов цезия различными морскими организмами также было одной из важных задач экспедиции. В составе экспедиции не было биологов, имеющих опыт отбора биологических образцов в открытом море, но все же удалось отобрать пробы планктона, кальмара, рыб. Сбор планктона был организован и выполнен одним из опытнейших океанологов института, старшим научным сотрудником Александром Федоровичем Сергеевым. Рыбу и кальмара ловили все кто, когда либо держал в руках снасти, но наибольших успехов добились молодые ученые Павел Юрьевич Семкин и Михаил Петрович Савенко. Специального времени для этого не выделялось, и ребята занимались ловлей наряду со своими основными обязанностями, часто в ущерб отдыху. 

Подъем глубинных образцов воды большого объема в открытом море – непростая задача, отнимающая много судового времени, внимания и сил у членов гидрологического отряда. Но с ней успешно справились наши опытнейшее проверенные кадры: кандидат географических наук Александр Алексеевич Карнаухов, ведущий инженер Василий Александрович Баннов, старший инженер Олег Сергеевич Попов. Это их стараниями только для анализов на радиоактивность было поднято на борт около 10 тонн воды, что позволило получить ценнейшую научную информацию. Частичная обработка проб для анализа на радиоактивность проводилась непосредственно на борту судна. Это концентрирование изотопов цезия на избирательном сорбенте с предварительным отделением взвешенного вещества на фильтре. Работа не тяжелая, но требующая постоянного внимания и контроля нестандартного, созданного в лаборатории оборудования. Здесь с лучшей стороны показала себя наша молодая сотрудница кандидат географических наук Наталья Васильевна Шлык, а записи сопутствующей информации она вела с исключительной точностью и обстоятельностью, благодаря чему разбор проб в лаборатории не доставил даже мелких проблем. 

В.А. Горячев и Н.В. Шлык

В зоне фронта распространение поверхностного загрязнения вглубь за год составило сотни метров, но за пределами северной границы Куросио радиоактивное загрязнение не было обнаружено. По оценкам от двух с половиной до трех лет потребуется радиоактивному загрязнению, чтобы «доползти» до западного побережья Америки. При этом разбавление будет уже очень высоким, так что Cs-134 в воде у побережья Америки, вероятно, будет обнаружен только в следовых количествах. 

Лаборатория ядерной океанологии была создана в 1974 году. Ее создателю, доктору физико-математических наук, профессору Владимиру Николаевичу Сойферу, исполнилось уже 82 года. Но он активно работает в науке и в настоящее время. Сейчас, к примеру, он занимается исследованием поведения отработавшего ядерного топлива в условиях морской среды. Это мониторинг затопленных реакторов, оценка их состояния, вопросы обнаружения затопленных реакторов, изучение поведения, путей распространения загрязнения от них после разгерметизации и так далее. 

В разные периоды времени штатная численность лаборатории и планы научных исследований значительно изменялись. Среди нынешних задач лаборатории: исследования динамических процессов гидросферы с использованием естественных и искусственных радионуклидов, морские радиоэкологические исследования, методы измерения трития в водах гидросферы и гамма-излучающих радионуклидов в объектах морской среды. 

Во второй половине 90-х годов лаборатория приступила к проведению исследований в бухте Чажма, на месте аварии атомной подводной лодки. В отчетах сотрудники лаборатории никогда не «нагнетали атмосферу», но и не скрывали действительного положения вещей. Что регистрировали, о том и сообщали. Мониторинговые исследования проводили длительное время, возможно, они будут продолжены и в этом году. 

Тритием в лаборатории занимались всегда. Основное его поступление в биосферу связано испытаниями ядерного оружия в 60-е годы прошлого столетия. В те годы естественный уровень трития перекрывался в сотни раз. С конца 70-х до середины 90-х годов прошлого века в лаборатории велись работы по отслеживанию по тритию ядерных взрывов, проводимых в Китае. 

Уникальность трития как идеального трассера гидрологических процессов состоит в том, что он, входя в состав молекулы воды, химически и биологически консервативен и при этом, распадаясь с периодом полураспада 12.43 года, является своеобразным хронометром отсчитывающим время с момента попадания в водный резервуар молекулы тритиевой воды. Зная концентрацию трития можно рассчитать время, однако задача измерения трития чрезвычайно сложна. Это связано с характеристиками его распада и низкой концентрацией в природных водах, особенно в океане. 

В 2008 году лаборатория получила оборудование достаточной чувствительности, чтобы можно было уверенно работать и получать достоверные результаты о содержании малых количеств радионуклидов. Но сейчас, чтобы обработать все собранные в экспедиции пробы, мощностей имеющегося оборудования уже недостаточно. Процесс измерения основан на статистике: чем больший период времени занимает измерение, тем выше его точность. Время измерения некоторых проб составляет трое суток, а число собранных в экспедиции только проб воды около сотни, а еще рыба, кальмар. Нужен еще хотя бы один подобный прибор. 

В конце года сотрудники ТОИ ДВО РАН поедут в Японию с научными докладами по теме совместного Российско-Японского гранта РФФИ, выполняемого под руководством кандидата химических наук Василия Федоровича Мишукова, посвященной изучению поведения полициклических ароматических углеводородов и радиоактивных соединений в атмосфере и морской среде в регионе Восточной Азии. Результаты исследований, модельные расчеты и оценки наших ученых явятся ценным вкладом в создание общей картины развития и глобального воздействия катастрофы на АЭС Фукусима-1 и послужат цели ликвидации ее последствий.

Записал Александр КУЛИКОВ