Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Радионуклиды и биоокеанологические явления в экосистеме Баренцева моря

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Радионуклиды и биоокеанологические явления в экосистеме Баренцева моря"

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

МАТИШОВ ДМИТРИЙ ГЕННАДЬЕВИЧ

РАДИОНУКЛИДЫ И БИООКЕАНОЛОГИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В ЭКОСИСТЕМЕ БАРЕНЦЕВА МОРЯ

П.ОО.П - охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

П.00.08. - океанология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Санкт-Петербург 1994

Работа выполнена в:

Санкт-Петербургском Университете и лаборатории динамики экосистем Мурманского Морского Биологического Института КНЦ РАН, г. Мурманск

Научные руководители:

Научный консультант: Официальные оппоненты:

кандидат географических наук, с.н.с.

О.П. Савчук-

кандидат географических наук,

доцент

В.В. Ионов

профессор Е. Щипа

доктор географических наук, Г.К.Зубакин

кандидат географических наук, А.П. Алексеев

Ведущее учреждение: Полярный научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии им. Н.М. Книповича

Защита состоится ./.•?...^Г^/'.........1994 г. в .(.„.......час. на заседании Специализированного Совета по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук при факультете географии и геоэкологии С.-Петербургского Университета Д 063. 57. 42 по адресу: 199178 г.Санкт-Петербург, В.О., 10 линия, д.33/35

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке им. A.M. Горького Санкт- Петербургского государственного университета.

Автореферат разослан . .....1994г.

Ученый секретарь Специализированного Совета,

кандидат географических наук Г.И. Мосолова

Общая характеристика работы

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Среди проблем биоокеанологни особое место занимают вопросы, связанные с радиохимией моря. С момента первых ядерных испытаний в атмосфере в 50-х годах и до настоящего времени проводятся работы по радиометрии, изучению воздействия искусственных радионуклидов на морские организмы и экосистемы. Основные радиоэкологические наблюдения в Баренцевом и Карском морях проводились ПИНРО, Мурманским Управлением Гидрометслужбы, НПО "Тайфун" (г. Обнинск), Радиевым институтом им. В.Г. Хлопина, институтом ядерных исследований им. Н.Курчатова. Опубликованные данные о распространении и концентрации искусственных радионуклидов в воде и в донных отложениях Баренцева моря малочисленны и относятся в основном к,западным и центральным районам моря. Сведения о северных, южных и восточныхКюря в печати отсутствуют. В связи с этим, полученные нами данные о концентрации цезия-137 в донных осадках, водорослях, лишайниках и мхах, отобранных с побережий и прилегающих к ним аквторий Земли Франца-Иосифа, Новой Земли, центральной и юго-восточной части Баренцева моря существенно дополняют имеющиеся представления.

Атлантические воды с соленостью 35700, занимающие большую часть Баренцева моря, являются естественным растворителем цезия-137, поступившего в бассейн. Именно поэтому в работе уделяется большое внимание географическим и океанологическим особенностям моря, в частности, последствиям поступления и распространения атлантических вод по желобам Баренцева моря.

Цель работы заключается в том, чтобы оценить современные уровни и закономерности распределения радионуклидов в море, определить океанологические процессы и явления, способствующие самоочищению морской среды, а также выявить источники радиоактивного загрязнения в Баренцевоморском регионе.

Задачи работы. В связи с поставленной целью в работе решались следующие задачи:

- уточнить подход к экосистемному анализу Баренцева моря;

- выполнить анализ особенностей циркуляции вод атлантического происхождения в шельфовых желобах;

- применить метод косвенных характеристик для индикации процессов переноса вод в Баренцевом море;

- определить концентрации радионуклидов в среде и биоте шельфа и побережья, включая Новую Землю и другие архипелаги; -

- выявить причины различного уровня накопления одних и тех же радионуклидов в живой и неживой природе в условиях моря и суши;

- выяснить вероятные источники и зоны аккумуляции искусственных радионуклидов в арктических морях.

Материалы и методы. Пробы донных отложений и бентоса отбирались стандартными методами по системе специальных галсов в морских экспедициях 1990-1993 гг. Грунтовая колонка делилась на пятисантиметровые части, из дночерпателя отбирался верхний трехсантиметровый слой. Образцы водорослей собирались по видам (ламинария, фукусы) без разделения на части. Образцы почвы, лишайников и мхов от-

бирались в полевых маршрутах на побережье. Необходимое для одного определения количество лишайника собиралось с площади радиусом от 10 до 200 метров, в зависимости от географического положения точки. Образцы донного осадка, водорослей, мхов и лишайников перед взвешиванием высушивались в печи в течении 12 часов при температуре Ю5СС. После взвешивания измельченный и просеянный сквозь двухмиллиметровое сито материал засыпался в 500 мл сосуды Маринелли. При анализе проб весом менее 300 г вместо сосудов Маринелли использовались стеклянные цилиндрические сосуды известной геометрии и измеренным естественным фоном.

Измерения каждого образца выполнялись на высокочистом Ge-детекторе (эффективность 13.5%, энергетическое разрешение 1.75 kev для 1.33 MeV Со-60) в течении 600 минут. Детектор имел свинцовую защиту с вмонтированными в нее прослойками Си. Излучаемые импульсы регистрировались 4096- канальным спектрометром "Silena". Полученный спектр анализировался с помощью программ "Sillgamma". Гамма-спектрометрические анализы, в количестве около двухсот, выполнены на кафедре радиохимии и колоидной химии Люблинского Университета им. Марии Кюри- Склодовской (Польша) под руководством проф. Е.Щипы, а также в Центре по радиационному контролю в г. Рованиеми (Финляндия) под руководством проф. К. Риссанен. Кроме материалов ММБИ данная работа базируется на информации по гаммаспектрометрии радиоактивного загрязнения природной среды Мурманского Управления Гидрометслужбы.

Личный вклад автора. В основу работы положены исследования автора, проводившиеся на протяжении последних семи лет и обобщенные в ряде статей и препринтов. Научные разработки, определившие структуру и основные результаты диссертации, выполнены автором самостоятельно. В периоде 1986 по 1993 годы автор принимал участие в восьми экспедициях на: НИС "Помор" (N 12,15), "Дальние Зеленцы" (N 62,67,69), "Профессор Молчанов" (N 29,32) и НИЛ "Полярштерн" (EPOS-II), которые исследовали Баренцево, Карское, Норвежское и Гренландское моря, а также воды Северного Ледовитого океана.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- впервые проведена систематизация и обобщение результатов исследований по проблеме полярной радиоэкологии применительно к баренцевоморскому региону:

- проверены ранее существовавшие гипотетические схемы и получены новые сведения о роли шельфовых желобов в формировании региональных особенностей функционирования экосистемы моря;

- показан реальный уровень искусственных радионуклидов (цезия-137, америция-241, плутония-239,240) на шельфе и побережье Земли Франца-Иосифа, Новой Земле и в Печорском море;

- определены вероятные источники поступления и пути распространения искусственных радиоизотопов в Баренцевоморском регионе;

- показана высокая способность морской воды не накапливать радиоактивные загрязнения благодаря океанологической специфике Баренцева моря.

На защиту выносятся:

- тезис о низком уровне содержания гаммануклидов в донном осадке, бентосе, ры-

бах Баренцевоморского шельфа, в котором концентрация Cs-137 ниже, чем на побережье Кольского п-ва и Полярных архипелагах.

- объяснение механизма очищения моря от радионуклидов за счет динамических и термохалннных факторов;

- представления об условиях формирования фона искусственных радионуклидов в донных отложениях и биоте баренцевоморского региона; локализация источников;

- вывод о способности вод шельфа Баренцева моря к существенному самоочищению от искусственных радионуклидов.

Практическое значение работы. Полученные в работе результаты по структуре баренцевоморских водных масс и циркуляции вод могут найти применение в промысловой и других областях океанографии, при подготовке технико- экономического и экологического обоснования морской нефтегазодобычи. Данные по содержанию и закономерностям распределения искусственных радионуклидов на шельфе и побережье могут представлять интерес в работе Федерального надзора России по ядерной и радиационной безопасности, а также будут нужны для выполнения правительственного Постановления N 710 (от 23 июля 1993г.) "О мерах по комплексному решению проблемы обращения с радиоактивными отходами и прекращении захоронения их в морях".

Апробация работы и публикации. Основные положения и отдельные результаты работы докладывались и обсуждались на: - всесоюзной конференции "Проблемы кайнозойской палеоэкологии и палеогеографии морей Северного Ледовитого океа-на"(Мурманск, 1989г.); - III Всесоюзной конференции "Экология, воспроизводство и охрана биоресурсов морей Северной Европы" ( Мурманск, 1990 г.); - семинаре морского института по изучению окружающей среды МАГАТЭ (IAEA-MEL, Монако, январь 1993); - международной конференции "Загрязнение морей вокруг побережья СНГ (преимущественно Арктике)" ( Архангельск , июль, 1993г.); - международной конференции "Природная радиоактивность Арктики и Антарктики " в Киркенесе (Норвегия, август 1993г); - международной конференции по охране окружающей среды (Норвегия,Тромсе, сентябрь |993г); - русско-финском семинаре по проблемам освоения нефтяных и газовых ресурсов континентального шельфа Арктики (Мурманск, ноябрь, 1993); - Ученых Советах ММБИ; - на заседаниях кафедры океанологии факультета географии и геоэкологии Санкт-Петербургского государственного университета.

По теме диссертации в нашей стране и за рубежом опубликовано 25 работ, том числе семь препринтов. Без соавторов издано 12 публикаций, на английском языке - 8 работ.

Структура и обьем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы (152 наименования). Обьем работы: 121 страница, в том числе 61 страница текста, 11 таблиц, 48 рисунков. Данная работа выполнена в Мурманском Биологическом институте Кольского Научного Центра Российской Академии Наук и в аспирантуре кафедры океанологии факультета географии и геоэкологии Санкт-Петербурского государственного университета.

Основное содержание работы

ГЛАВА 1. БИОГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА БАРЕНЦЕВА МОРЯ

В океанографических исследованиях Баренцева моря становится обычным да вать экологическую интерпретацию тем или иным явлениям" и свойствам . Однако число работ, специально посвященных выявлению и описанию собственно эко-системных характеристик, крайне невелико. Своеобразие режима функционирования экосистемы окраинного Баренцева моря и ее расчленения на ряд сопряженных подсистем обусловлено комплексом факторов, определяемых географическими условиями и геологической историей моря.

1,1. Анализ баренцевоморской экосистемы В формировании биопродуктивности полярных и субполярных водоемов ведущую роль играют экосистемы пелагиали, фитали.бентали и криали. Именно они являются основным производителем нового органического вещества, которое в конечном итоге, трансформируется в промысловую продукцию. Специфические экосистемы образуются в зоне арктических полярных гидрофронтов, вдоль кромки дрейфующих паковых льдов и айсбергов, а также в водах омывающих птичьи базары, где содержание органического фосфора и азота превышает фон во многие десятки раз.

ПЕЛАГИАЛЬ. К числу важнейших функций пелагиали (экосистемы водной толщи открытого моря) можно отнести: первичную продукцию органического вещества (ОВ), которая по некоторым, весьма немногочисленным, источникам может быть оценена значением -95 гС/м! в год (Кобленц-Мишке,1977; Савинов,1992) и считаться главным регулятором воспроизводства пищевых и сырьевых ресурсов. Весьма важное положение в экосистеме пелагиали Баренцева моря занимают морские беспозвоночные организмы, такие как калянус, эвфаузииды, северная креветка, которые характеризуются высокой численностью и широким географическим распространением. Они играют большую роль в трансформации органического вещества и формировании кормовой базы.

ФИТАЛЬ Баренцева моря, занимает относительно небольшую площадь прибрежья, но, благодаря высокой интенсивности биогеохимических процессов, играет важную фнльтрующе-трансформирующую роль в экосистеме моря. В прибрежье создаются самые высокие величины продуктивности на единицу площади. Благодаря богатому видовому составу растений и животных и разнообразным условиям их существования, формируются специфические биоценозы со сложной системой разнообразных взаимодействий между водорослями, бактериями, детритом, растворенной органикой, представителями ракообразных, моллюсков и рыб.

БЕНТАЛЬ Баренцева моря можно рассматривать как аккумулятор (резервуар) и трансформатор органического вещества, оседающего из пелагиали. Косвенным свидетельством высоких значений биоседиментации может служить сравнимость биомасс зообентоса и зоопланктона. Несомненна важность бентали как биогео-химнческого регенератора минеральных соединений, замыкающего круговорот вещества в экосистеме моря. И, наконец, богатое видовое разнообразие и обилие донной фауны позволяют также рассматривать бенталь, по крайней мере, ее отдельные высокопродуктивные участки, как кормовые нагульные угодья ценных промыс-

ловых рыб - зубатки, палтуса, окуня и других донных рыб.

КРИАЛЬ. Рассматривая морские дрейфующие льды как самостоятельную подсистему в значительной степени определяющую закономерности круговорота вещества и энергии в экосистеме полярных морей, к криали, наряду с экосистемой собственно ледового покрова (Биология ЦАБ, 1980; Грузов,1989), целесообразно отнести и генетически связанные с ней экосистемы полыней и прикромочной зоны. Крналь и ее роль в функционировании экосистемы моря изучены недостаточно. Ведущим компонентом криали является, несомненно, сам лед. Важную роль в трофических цепях ледовых морей играет подледная флора и фауна.

Структура и функционирование криали, а также в целом баренцевоморской экосистемы от Земли Франца-Иосифа, Новой Земли и до о. Медвежий и Кольского п-ва, во многих случаях контролируются процессами полярного гидрофронта. Экологические следствия поступления теплых атлантических вод, затекающих на баренцевоморской шельф с севера по глубоким желобам Франц-Виктория, Святой Анны и другим, изучены крайне слабо. По существу, здесь развивается еще одна азональная разновидность морской экосистемы Арктики - экосистема подледного полярного фронта.

1.2. Антропогенные факторы в современной динамике экосистемы моря

В последние десятилетня антропогенное воздействие на морские экосистемы западной Арктики все более и более сравнивается с природными факторами, а в отдельных случаях, в силу направленности действия и локализации в некоторых районах, и на определенных обьектах даже, может их превосходить. До 60-х годов хозяйственная деятельность человека в Баренцевом море не нанесла серьезного вреда бкоресурсам водоема. После этого времени, в связи с развитием промышленного рыболовства, становлением обычного и атомного флота, прогрессирующими нагрузками на Севморпуть, гидротехническим строительством, расширением разведки нефти и газа, воздействие человека на экосистемы северных морей стало приобретать все более отрицательный характер.

Особое место среди загрязнителей моря занимают радионуклиды. Источники радиоактивного загрязнения среды и биоты в регионе Баренцева и Карского морей можно подразделить на четыре типа. К первому типу источников антропогенного загрязнения полярных морей относятся собственно ядерные взрывы в атмосфере и гидросфере в районе архипелага Новая Земля в 50-60-тые годы, а также глобальные выпадения искусственных радионуклидов из атмосферы, как совокупное следствие ядерных испытаний на земном шаре с 1945 по1990-тые годы. Второй тип источников связан с практикой сброса радиоактивных отходов в море. Это могут быть сливы жидких радиоактивных отходов, дампннг на шельфе контейнеров с радиоактивными отходами, а также стоки заводов ядерной промышленности. Источники загрязнения третьего типа обусловлены аккумуляцией техногенных радионуклидов во льдах, речных водах, морской биоте и последующей их консервацией на многие дни, месяцы и годы. Ледники и айсберги с полярных архипелагов, многолетние морские льды рассеивают радиоактивную пыль в зонах своего интенсивного таяния в море. Крупные северные реки (Енисей, Обь, Печора) выносят в море часть стоков ядерных заводов. В процессе биоаккумуляции и биоседиментации искусственных изотопов

может происходить их концентрация на птичьих базарах, в местах массового скопления или гибели рыб, моллюсков, макрофитов. Вероятен источник радиозагрязнения моря четвертого типа, который теоретически обоснован в ряде исследовании . Это могут быть атмосферные выбросы заводов по ремонту ядерных реакторов кораблей и судов, эмиссии ядерных двигателей подводных лодок и ледоколов, протечки прп подземных ядерных взрывах на Новой Земле в 60-80-ые годы .

ГЛАВА 2. ОКЕАНОГРАФИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ БАРЕНЦЕВА МОРЯ

Динамика, термохалннная структура и гидрохимический режим вод полярных морей определяются климатом, ледовыми условиями и многими другими природными факторами. Особое значение имеет топография шельфа. Перемещающиеся по желобам воды атлантического и арктического происхождения переносят и перераспределяют биогенные, радиоактивные и другие вещества.

Степень океанологической изученности бассейна далеко не равнозначна. Относительно полные сведения по гидрологии и гидрохимии имеются по южной и юго-восточной части Баренцева моря. До сих пор мало исследованы акватории в районах Земли Франца-Иосифа, Новой Земли, восточной части Шпицбергена. На основе анализа недавних съемок представлена океанографическая характеристика малоизученных районов Баренцева моря.

2.1. Влияние желобов на гидрологические и экологические процессы шельфа

Сложная система краевых и поперечных желобов, разрезающих поверхность баренцевоморского шельфа, открывает свободный доступ тепловой энергии Северо-Атлантического течения в высокую Арктику. Теплые воды Нордкапского и Западно-Шпицбергенского течений с запада и севера втекают по желобам вглубь Баренцева моря и, в конечном счете, смыкаются между Землей Франца- Иосифа и Но- вой Землей. По-всей видимости, существует своего рода высокоширотный (72°-82°с.ш.) круговорот атлантических водных масс. Во взаимодействии с холодными арктическими водами они образуют полярный гидрофронт. Подводные желоба очер- чивают биогеографические границы и служат ориентирами местоположения продук- тивных зон. Интенсивность циркуляции вод, перенос солей и тепла по системе долин морского дна зависит от межгодовых и вековых колебаний мощности Гольфстрима.

2.1.1 Структура вод в желобах и проливах Земли Франца-Иосифа

В районе Земли Франца-Иосифа океанологические условия нз-за сложной ледовой обстановки до недавнего времени были изучены лишь в общих чертах. В 1991 г. во время экспедиции на НИС "Дальние Зеленцы" в районе архипелага на двадцати станциях изучался термохалинный режим вод в желобах. Структура вод, сложившаяся в конце лета (август), была следующая: - Баренцевоморские воды (температура 0,4'- 0,7"С) проникают внутрь архипелага с юга через пролив де-Брюйне в поверхностном (0-10 м) слое. Они не распространяются на север далее острова Кет-лица в проливы Алена Юнга и Макрема и восточнее бухт Тихая, где их распространению препятствуют холодные местные воды; - Основной водный пласт в проливах, толщиной в 150-300 м, занимают воды местного осенне-зимнего происхождения с температурой - 0,6° - -1,5° С и соленостью 34,2-34,7700; - Верхний слой воды (0-10

метров) образуется в результате летнего прогрева местной водной массы, процессов льдотаяния и взаимодействия с баренцевоморскими водами. Температура воды в этом слое -0,5" - -0,8°С и соленость 33,2- 33,7%0; - Слой воды мощностью 20-50 метров на дне глубоководных проливов занимают сравнительно менее холодные, чем вышележащие, воды. Они характеризуются температурой -0,1° - -0,3'С и высокой соленостью 34,8-35,5%,,. Это атлантические, сильно трансформированные воды, поступившие внутрь архипелага с Западно-Шпицбергенским течением и распространившиеся по глубоководным желобам (400-600 метров) в проливы.

2.1.2. Гидролого-гндрохимическая ситуация на северо-западе Баренцева моря (район Стурфьорда)

Летняя (июнь) океанографическая ситуация в Стурфьорде на юге архипелага Шпицберген была изучена в рейсе на НИЛ "Полярштерн" в 1991г. На четырех разрезах наблюдались резкие градиенты всех характеристик. С юга в Стурфьорд поступают теплые (3.5°-4.5°С) и соленые (34.4-35.0о/„) атлантические воды. По западному склону фьорда распространяются холодные арктические воды. В верхних 15 метрах водной толщи биогенные вещества были полностью утилизированы. В то же время процентное содержание растворенного кислорода достигало здесь значений 110-П5%, что было обусловлено цветением фитопланктона. Признаки этого цветения усиливаются при продвижении по желобу на север.

2.1.3. Океанологические особенности в желобах западнее Новой Земли

ЗАЛИВ НОРДЕНШЕЛЬДА (НОВАЯ ЗЕМЛЯ).

В заливе, вершина которого занята выводным ледником Норденшельда,летняя структура водных масс характеризуется сложным взаимодействием атлантических вод (температура 4°-5°С, соленость 34,0-34,87оо) с талыми водами (температура 0,0'-0,7"С). Теплые атлантические воды мощной струей (по вертикали 70-100 метров) входят в залив и почти достигают края материкового льда. На некотором удалении от кромки ледника Норденшельда образуется мощная фронтальная зона между теплыми атлантическими и местными холодными водами. Последние, а также верхний слон атлантических вод (25-40 метров), сильно распресиены (до 29,8-33,07.,,,) вследствие процессов льдотаяния. Образуясь вдоль фронта ледников, местные холодные воды смешиваются с морскими и "подныривают" под них, распространяясь по дну залива в сторону моря. Обращает на себя внимание резко выраженный термоклин в интервале глубин 30-60 метров вблизи ледника и 60-90 метров мористее. Вертикальный градиент температуры в нем 1,5" - 1,6° С/м. В вершине бухты Норденшельда у выводного ледника отмечена очень большая (около 200 мг/л) концентрация взвеси.

РАЙОН ЮГО-ЗАПАДНЕЕ НОВОЙ ЗЕМЛИ. На акватории между Кольским полуостровом и Новой Землей был летом впервые выполнен гидрологический разрез, пересекающий главные геоморфологические элементы дна. На юго-востоке Баренцева моря Нордкапское течение под влиянием орографии шельфа разветвляется на шесть крупных струй. Только одна Мурманская ветвь ранее была достаточно детально изучена (Таншора, 1959). Раньше на всех картосхемах циркуляции вод отражался только самый крупный Гусиный водный поток, располагающийся между Севе-ро-Канинской и Гусиной банками. Мы предлагаем именовать самостоятельные ветви Нордкапского течения в соответствии с названием желобов- Норд-Дыопет, Канин-

ское, Гусиное и Моллера течения. Эти потоки имеют ширину от 20-30 и до 50 км, а размер по вертикали от 100-140 м и до 200 м. В желобах воды атлантического происхождения характеризуются соленостью до 35,470„ и температурой 1°- 4°С. У дна желобов залегают сравнительно холодные (около +0,5"С) воды.

В конце лета (август) на всей исследуемой акватории от поверхности моря до глубин 20-30 м развивается сезонный термоклин. Выше термоклина находятся прогретые (до 8"-10"С) солнечной радиацией, относительно опресненные (от 34,07оо до 34,67,,,,) воды. От Мурманской банки в сторону Новой Земли температура и соленость вод закономерно уменьшается. На банках ниже термоклина (в интервале глубин 75-110 м) располагаются местные водные массы с температурой от 0" до 0,5 -1,0° С. Их соленость составляет 34,2-34,8700. Иногда, в придонных слоях на банке Моллера существуют линзы воды с отрицательной (-0,1°С) температурой. На Гусиной и Северо-Канинской банках относительно холодные (0,3°-0,6ГС) придонные воды обычно стекают по склонам желобов. Происхождение этих вод, вероятно, связано с зимним выхолаживанием на мелководьях.

2.2. Океанографический режим в Печорском море в безледный период

Новые сведения по океанологической ситуации в Печорском море были получены в июле 1992 года в экспедиции на НИС "Дальние Зеленцы". Соленость вод бассейна на юго-востоке Баренцева моря сравнительно низка за счет стока рек. К востоку от 53" в.д. соленость уменьшается от 31 до 20-257«, , а в устевых участках - до 107о„ и менее. Верхний слой воды толщиной 20-25 м в южной и до 100 м в северной части моря имеет тенденцию к перемещению в генеральном направлении с запада на восток. Поле поверхностных течений формируется двумя мощными потоками теплых и соленых вод атлантического происхождения - Канинским н Колгуево-Печорским течениями, холодным течением Литке, Беломорским и Печорским стоковыми течениями (Потанин и др., 1986). После качественного анализа на акватории четко выделяются три типа вод: солоноватые (с соленостью до 257,*,), распресненные морские (25-307„о) и соленые морские (с соленостью больше 30 7„). Распространение солоноватых и распресненных вод в период наблюдений происходило от Печорской губы в северо-восточном направлении. В середине лета 1992 года эти слабосоленые воды прижаты к участку прибрежной зоны между Печорской губой и о.Вайгач. В мелководной южной части моря в зоне глубин 15-20 метров распреснение достигает дна. Здесь же обнаруживаются значительные вертикальные и горизонтальные градиенты солености. На остальной акватории региона соленость равномерно увеличивается с юга на север (до 34,57„0 в поверхностных слоях) по мере усиления влияния вод западного региона Баренцева моря, происходящих из атлантической водной массы. Самая высокая соленость характерна для глубинных и промежуточных вод Но-воземельского желоба- больше 34,96 7„„.

Вертикальная термическая структура вод Новоземельского желоба более сложная. В глубинных слоях основную роль в формировании термического режима играет адвективное поступление тепла при транзитном переносе баренцевоморских вод с запада на восток и перемешивание потоков в придонных горизонтах. В север-нон сравнительно глубоководной части моря температура воды придонных горизонтов принимает отрицательные значения - до -ГС.

2.3. Радиоизотопы и кислород как косвенные океанографические трассеры

В современной океанологии широкое распространение получили различные методы индикаторов. Эффективный способ отслеживания подводных течении заключается в использовании радиоактивных изотопов, свойства которых не зависят от процессов происходящих в океане(пассивный показатель). В случае, если для работы требуется показатель, собственные свойства которого реагируют на физические и биологические процессы происходящие в океане, выбирается активный показатель. В данной работе для этого используется величина дефицита растворенного кислорода. В работах М.М. Адрова (1968,1973) и Н.М.Адрова (1992) разработан метод, позволяющий определить вклад физической и биологической составляющих дефицита кислорода. В нюне-июле 1991 года НИЛ "Polarstern" выполнена комплексная съемка северо-запада Баренцева моря и акватории к западу от архипелага Шпицберген. Анализ данных по методу Н.М.Адрова подтверждает, что в морях Северо-Евро-пейского бассейна главным фактором формирования холодных глубинных вод с дефицитом растворенного кислорода является физический фактор. Так, например, в Баренцевом море отставание насыщения от нормального, вызванное физическими причинами (гистерезис насыщения) в два раза превосходит биологическое потребление.

ГЛАВА 3. СОДЕРЖАНИЕ РАДИОНУКЛИДОВ В СРЕДЕ И БНОТЕ БАРЕНЦЕВОМОРСКОГО ПОБЕРЕЖЬЯ

3.1 Уровни радионуклидов на побережьях Земли Франца-Иосифа и Новой Земли

До последнего времени радиоактивное загрязнение прибрежной зоны и островных ландшафтов российских полярных архипелагов оставалось практически не исследованным. Для оценки радиационного фона и степени загрязнения искусственными изотопами высокоширотных архипелагов в экспедициях на НИС "Дальние Зеленцы" в 1991-1993 годах были отобраны образцы лишайников, почвы, водорослей и донных отложений, которые затем прошли гаммоспектрический анализ. Содержание Cs-137 в исследуемых образцах лишайника было 300-500 Бк/кг, в морском грунте (слой 0-Зсм) 0-12 Бк/кг, в почве от 150 до 540 Бк/кг. В 1991 году на южных островах архипелага Земля Франца-Иосифа и на западном побережье северного острова Новой Земли концентрация Cs-134 в лишайниках изменялась от 0.5 до 20.6 Бк/кг сухого веса, а концентрация Cs-137 варьировала от 5.6 до 380 Бк/кг сухого веса. Оценка по соотношению цезий-137/цезий-134 с учетом их периодов полураспада показывет, что Чернобыльский вклад в активность цезия-137 не превышает 30%. Во мхе, собраном в губе Черной, концентрация Ат-241, Со 60, Еи-152 и Еи-155 была 70.4, 26.1, 37.8 н 18.8 Бк/кг сухого веса соответственно.

В полярных областях существует специфическая причина "пятнистости" в накоплении искусственных изотопов. Она состоит в том, что Земля Франца-Иосифа расположена в зоне арктических пустынь, где почвы к растительность, которые могли бы аккумулировать поступающие из атмосферы искусственные изотопы, присутствуют только в отдельных местах, в ложбинах, имеющих свой микроклимат. На Новой Земле и, частично, на ЗФИ преобладают тундровые примитивные поверх-ностно-глеевые и различные типы дерново-подзолистых почв. В силу своих свойств

они легко отдают изотопы растениям. Поэтому подвижность радионуклидов по цепочке атмосфера-почва-растения-животные (птицы) в Арктике высокая. В образцах почв, отобранных на острове Мейбелл (ЗФИ), мы наблюдали активность Cs-137 -267.7-547.2 Бк/кг. Исходя из физико-химических особенностей почв ЗФИ, не могущих долго удерживать искусственные изотопы, можно предположить, что высокая активность Cs-137 в некоторых образцах результат недавних выпадений.

3.2. Радиоэкологическая обстановка на Кольском полуострове и островах Печорского моря

За последние годы на побережье Кольского полуострова, а также на островах Вангач, Колгуев и других, находящихся в Печорском море, был проведен ряд специальных исследований уровня искусственных радионуклидов. На фоне концентрации от 85 до 450 Бк/кг выделяется ряд пятен загрязнения (по 800-900 Бк/кг). Это районы Пялицы и Чаваньги на Терском берегу севернее Верхнетуломского водохранилища (р.Пауст) и южнее станции Перевал.

Сравнительный спектрометрический анализ проб лишайников, отобранных в Хибинах в 90-е годы и собранных специалистами Полярно-альпийского ботанического сада в 1968 г., показал, что в расчете на тот период активность цезия-137 в 20-25 превышала сегодняшний уровень. Столь высокие концентрации искусственных радионуклидов в ягеле есть результат Новоземельских ядерных взрывов в атмосфере до 1963 года.

На побережье Кольского полуострова и островах юго-востока Баренцева моря концентрация Cs-134 и Cs-137 в лишайниках заметно выше, чем на высокоширотных архипелагах. Так у цезия-134 она изменялась от 0 до 32 Бк/кг сухого веса, а у це-зия-137 до 530 Бк/кг сухого веса. Мох имел среднюю концентрацию Cs-137 335 Бк/кг сухого веса. Для изучения особенностей распределения и концентрации радиоактивного загрязнения на территории Кольского полуострова нами в 1992 году было специально определялось содержание цезия-137 в лишайниках на двухсоткнломет-ровом профиле: Мурманск-Туманный-Дальние Зеленцы. На всех вершинах плоскогорий и возвышенностей поля лишайников содержат радиоцезия гораздо больше (от 140 до 400 Бк/кг), чем на берегу озер и речных впадин (меньше 40-100 Бк/кг). Важной закономерностью в распределении цезия в лишайниках является то, что по направлению к побережью Баренцева моря его содержание возрастает в пять-десять раз и достигает 600 -700 Бк/кг. Такие черты обусловлены различием видового состава лишайников и спецификой аэрации побережья.

Специальный отбор проб баренцевоморской воды для определения ее изотопного состава нами не проводился. Однако косвенно о нем можно судить по составу нуклидов в водорослях вида Laminaria sacharina: небольшое количество (1-5 Бк/кг) Cs-137 содержалось лишь в водорослях, обитающих в водах основного атлантического потока у побережья Кольского полуострова. В водорослях, собранных у южной оконечности Новой Земли радноцезий присутствует в еще меньших количествах (0-4 Бк/кг).

Таким образом, в результате изучения концентрации цезня-137в сотнях проб лишайников н мхов,грибов и ягод, стало очевидным существование крайне мозаичной картины полей радионуклидных примесей в центре и на побережье Кольского полу-

острова, а так же берегах Печорского моря. Характерным в распределении искусственных изотопов было то, что на расстоянии десятков километров содержание цезия-137 в почве и растениях изменялось от 5-20 до 300-900 Бк/кг. Следовательно, в течение последних 5-/0 лет атмосферный воздух европейского Заполярья периодически содержал ощутимые количества радиоактивной пыли.

ГЛАВА 4. РАДИОИЗОТОПЫ В ЭКОСИСТЕМЕ ШЕЛЬФА БАРЕНЦЕВА МОРЯ

4.1. Радиоактивность вод Баренцева моря

В начале 80-х годов в водах арктических морей концентрация цезия-137 имела величину от 10 до 30 Бк/л (Вакуловский и др., 1985). Составленная нами по литературным источникам радиоизотопная картина позволяет усомниться в ведущей роли западноевропейских заводов в загрязнении Баренцева моря радиоактивными отходами в настоящий период.

4.2. Радиоактивные вещества в донных отложениях и биоте Баренцева моря

Содержание искусственных радионуклидов в среде и биоте баренцевоморско-го шельфа до настоящего времени было изучено лишь в общих чертах. В проведенных нами исследованиях искусственных радионуклидов (цезия-134, цезия-137, амери-ция-241, плутония-239,240), в экосистеме Баренцева моря основное внимание было сосредоточено на донных отложениях, моллюсках, макрофитах и рыбах .

В относительно мелководном, имеющем сложную систему течений и пересеченный рельеф дна, Баренцевом море, на концентрацию цезия-137 в осадках оказывает влияние только близость места отбора проб к струям основных течений и к местам ядерных испытаний. Наибольшие концентрации цезия-137 обнаружены в осадках юго- восточной части Баренцева моря. Грунты центральной и северо- восточной частей моря содержат цезий в меньших количествах. Донные рыбы и бентосные организмы имеют низкие (0.2 -3.0 Бк/кг) уровни цезия-137 и стронция-90. Распределение цезия-137 в осадках юго-восточной части Баренцева моря в 1992 году (Бк/кг, сухой вес)

Координаты отбора проб С$-137 (Бк/кг)

70" 42- N 54° 38- Е 1444 +/- 40

79° 24- N 55° 00- Е 43.6+/-8.1

70" 17- N 57" 35- Е 9.3+/-2.1

68° 35-N55" 13-Е 23.8+/-1.9

70" 12-N50" 68-Е 6.7+/-0.3

Примером локального района Баренцева моря, в котором доминирующая роль в миграции цезия-137 в морской воде принадлежала процессам седиминтации, служит район губы Черной - место первого подводного, надземного и первых подземных ядерных испытаний.

Соотношение плутоння-238 к плутоншо-239,40 в поверхностном слое донных осадках лежит в пределах 0,24 - 0,45 мБк/г, что является результатом глобальных радиоактивных выпадений из атмосферы. Содержание плутония-239.240 порядка 0-3

мБк/г появилось в прибрежных мелкозернистых отложениях в результате локальных атмосферных выпадений, после ядерных испытаний. Перемещение зараженных осадков в море из Черной губы, стало причиной повышенных уровней Ри-239,240 в юго-восточной части Баренцева моря. Уровни Ри-239,240 в донных осадках губы Черной ( около 5000 Бк/кг сухого веса) схожи с уровнями плутония в осадках о. Ене-витак ( участок подводных испытаний ядерного оружия США) в Тихом океане (Smith et al„ 1993).

4.3. Биошшикация радиационного состояния вод прибрежья и акватории Баренцева моря.

Анализ литературных источников показывает, что наиболее надежными биологическими индикаторами радиоактивного загрязнения вод Баренцева моря могут служить планктон, бурые водоросли, двустворчатые моллюски. Эти организмы могут использоваться при мониторинге загрязнения вод с использованием организмов-индикаторов.

ГЛАВА 5. МЕСТО ИСКУССТВЕННЫХ РАДИОНУКЛИДОВ В

ЭКОСИСТЕМЕ МОРЯ И ИХ ВЕРОЯТНЫЕ ИСТОЧНИКИ

5.1. Глобальный фон радионуклидов в связи со взрывами ядерного оружия в Заполярье

В моменты ядерных взрывов или катастроф на АЭС концентрация радионуклидов, особенно короткожнвущих, значительно превышает, так называемые, среднемесячные и среднегодовые уровни радиации. При мощных ядерных взрывах в атмосфере (не менее 1 Мт) частицы радиоактивной пыли забрасываются в стратосферу (на высоту 10-15 км), где остаются многие месяцы и годы, медленно опускаясь и рассеиваясь по всей земной поверхности. Как распространялись радиоактивные частицы в атмосфере после взрывов ядерных бомб на Новой Земле можно представить используя сценарий событий после аварии на Чернобыльской АЭС. Заметные выпадения цезия-137, стронцня-90 с дождями были зафиксированы в тот период во многих районах Европы и в северных морях. Общая загрязненная площадь по изолинии 20 микрорентген в первые дни составила около 200 тыс.км1.

Таким образом, в Баренцевом и Карском морях в период ядерных взрывов в атмосфере и под водой происходило постоянное радиационное заражение пелагических экосистем. В зону поражения попадали новоземельскне птичьи базары (в те времена наиболее населенные в Арктике) и лежки тюленей.

5.2. Радиоактивное загрязнение моря от источников ядерной энергетики в Арктике

На Крайнем Севере европейской части России местными потенциальными источниками радионуклидного загрязнения может служить целый ряд ядерных объектов различного назначения:

- Судоремонтные и судостроительные заводы ( Полярный, Роста, Вьюжный, Северодвинск и др.), на которых регулярно находятся порядка десяти атомных подводных лодок и ледоколов (с несколькими ядерными реакторами на каждой).

- Эксплуатация и базирование атомных подводных лодок, надводных кораблей к ледоколов (Гремиха, Североморск, Полярный, Видяево, Роста). Общее количест-

во ядерных реакторов, вероятно, достигает нескольких сотен единиц.

- Эксплуатация Кольской атомной электростанции, с несколькими водо-графито-выми канальными реакторами.

- Хранилища ядерного оружия, ядерного топлива, радиоактивных отходов и списа-ных атомных подводных лодок.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Новые гидрологические и гидрохимические данные по баренцевоморским шельфовым желобам и оригинальный системный подход в бноокеанологических исследованиях позволили охарактеризовать влияние глубокого долинного расчленения дна Баренцева моря на функционирование его экосистемы.

2. Фоновое загрязнение искусственными радионуклидами существуют на всех уровнях экосистемы Баренцева моря. Его происхождение связано с ядерными испытаниями в атмосфере, а также локальными источниками радиоактивности на побережье северных морей. Чернобыльский вклад в загрязнение исследуемой области составляет, в среднем, 30 %.

3. Для Баренцевоморского региона одним из основных механизмов постоянного поступления радионуклидов является адвекция (морские течения, движение воздушных масс).

4. В отличие от поверхности суши, поверхностные воды моря не способны сохранять длительное время высокие концентрации искусственных радионуклидов благодаря процессам вертикального перемешивания вод, основную роль в которых играет термическая конвекция. Поэтому фоновый уровень искусственных радионуклидов в море на несколько порядков меньше, чем на суше.

5. Собранный нами материал показывает, что степень накопления и пути миграции цезия-137 в Баренцевом море регулируются процессом перемешивания и полностью предопределяются той физико-химической формой, в которой элемент находится в воде. Содержание цезия-137 и плутония-238,240 в донных отложениях (0-40 Бк/кг) и биоте (0-10 Бк/кг) низкое. Исключение составляют ограниченные санитарные зоны на новоземельских атомных полигонах. Современные концентрации искусственных радионуклидов в донных осадках на ядерном полигоне в губе Черной достигают 3-5 тысяч Бк/кг.

6. Концентрация цезия-137 в лишайниках Новой Земли (30-150 Бк/кг) ниже.чем на Кольском полуострове (70-750 Бк/кг) и в Лапландии (200- 900 Бк/кг).

7. В качестве индикаторов искусственного радиологического фона могут служить биологические объекты: лишайники и мхи на суше, макрофнты и бентосные организмы на море. Для общего картографирования радиоактивных выпадений на море наиболее пригодны различные рыхлые (глинистые и алевритовые) отложения шельфовых желобов.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Матишов Д.Г., Шабан А.Ю. Некоторые сведения по биоокеанологии Баренцева моря //В кн.:Проблемы кайнозойской палеоэкологии и палеогеографии морей Северного Ледовитого океана., тез. докл. конф..г.Мурманск, 1989, С. 15-17.

2. Савчук О.П., Матишов Д.Г. К постановке задач моделирования экосистемы Баренцева моря// Препр.-Апатиты изд-во КНЦ РАН,1990. 46 с.

3. Матишов Г.Г., Ильин Г.В., Матишов Д.Г. Летняя океанологическая ситуация в Печорском море (Материалы экспедиции 67 рейс НИС "Дальние Зеленцы". Июль 1992 года) //Препр.-Апатиты,изд-во КНЦ РАН,!993.-50 с.

4. Матишов Г.Г., Матишов Д.Г., Подобедов В.В., Щипа Е., Солецкий Я., Януш В. Радионуклиды на Кольском полуострове, Новой Земле, Земле Франца-Иосифа и в Баренцевом море // Препр.-Апатиты, изд-во КНЦ РАН,1992.- 67 с.

5. Матишов Г.Г., Шабан А.Ю., Матишов Д.Г. Новые данные о роли желобов в биоокеанологии шельфа Земли Франца-Иосифа и Новой Земли II Препр,- Апатиты, изд-во КНЦ РАН, 1992,-48 с.

6. Матишов Д.Г. Использование метода кислородной индикации нисходящей конвекции морской воды в районе архипелага Шпнцбереген (по результатам экспедиции НИЛ "Polarstern" в нюне-июле 1991' г.) // Препринт, изд. КНЦ РАН, Апатиты, 1992,40 с.

7. Матишов Д.Г. Биоиндикация радиоционного состояния вод побережий и акваторий Баренцева моря //В сб.:Арктические моря:Биоиндикация состояния среды, биотестирование и технология деструкция загрязнения, Апатиты, 1992, С.87-97.

8. Матишов Д.Г. Радионуклиды в донных осадках, биоте шельфа и побережий Барен цева моря. Результаты радиоэкологических наблюдений, проведенных ММБИ в 1991-1992 гг.// Препр.-Апатиты. изд-во КНЦ РАН, 1993.- 34 с.

9. Матишов Г.Г., Матишов Д.Г., Подобедов В.В., Павлова Л.Г. Радиационная обстановка на Кольском полуострове, Новой Земле, Земле Франца-Иосифа и на акватории Баренцева моря //Доклады Академии Наук, 1993, том 330, N4.

10. Matishov D., Szczypa J. Gamma emitters in the Barents Sea area // XX Polar Symposium. Lublin 1993. 211-229 pp.

11. Matishov D., Shaban A. On strukture of water masses in straits of the Franz Josef Land// Franz Josef Land, With Emphasis on Tikhaia Bay, Hooker Meibell 1st. Norsk-Polarinstitutt, Meddelelser Nr. 120, Oslo, 1992, 5-10 pp.

12. Smith J., Ellis K., Matishov G., Matishov D., Ivanov G., Polyak L., Dahle S„ Naes K. Radioactivity levels in Barents Sea Sediments off Novaya Zemlya// Intern. Conf. on Environmental Radioactivity in the Arctic and Antarctic. Kirkenes. 1993. 93 г., С. 37- 43.

Заказ 2. Тираж 100 экз. 1994 г.