В конце 1940-х гг. начало работу предприятие ядерного оборонного комплекса ПО «Маяк» на севере Челябинской области [1]. Заводы размещались на восточном склоне Уральских гор на границе Среднего и Южного Урала.
В 1940-х гг. технологиями производства ядерного оружия владели только США, в СССР и других ведущих странах мира подобные технологии отсутствовали. После бомбардировки в августе 1945 г. городов Хиросимы и Нагасаки перед нашей страной возникла сверхзадача – в кратчайшие сроки создать ядерный щит нашей страны [2, с. 44–53]. Ускоренные темпы строительства, разработка и запуск новых технологий в производство явились причиной ряда радиационных инцидентов в начале – середине 1950-х гг. на новом ядерном комплексе заводов. В результате в зоне воздействия предприятия сформировалась радионуклидная геохимическая аномалия [2, с. 85–86]. Известно, что поступившие в геосферу искусственные радионуклиды, вовлекаясь в геохимические процессы, мигрируют с воздушными и водными потоками на большие расстояния, накапливаются в почве, донных отложениях, а также организмах биоты. Накапливая радиоактивные вещества, животные и птицы могут мигрировать на большие расстояния. В настоящее время известно, что техногенные радионуклиды могут накапливаться в организмах рукокрылых (Chiroptera) [3]. Особенности накопления и переноса радиоактивных веществ летучими мышами до конца не изучены до настоящего времени.
Целью работы является исследование особенностей радионуклидного загрязнения летучих мышей из двух местообитаний на Южном Урале и их роль в миграции радионуклидов.
Материалы и методы исследования
Объектом исследования являлись рукокрылые, накапливающие значительные концентрации техногенных радионуклидов, а предметом – трансграничный перенос радиоактивных веществ за пределы радионуклидной геохимической аномалии в организме животных.
Летучие мыши – животные, способные к длительному полету. У рукокрылых небольшая плодовитость, поэтому многие виды занесены в Красные книги и подлежат охране. На территории Челябинской области массовыми видами летучих мышей, которыене занесены в Красную книгу, являются прудовая ночница Myotis dasycneme (Boie, 1825), двухцветный кожан Vespertilio murinus (L., 1758), северный кожанок Eptesicus nilssonii (Key. Et Blas., 1839) [4]. Эти виды авторы использовали для проведения исследований. Отлов животных проводили у строений на входе в городской парк г. Озерска (береговая зона оз. Иртяш (55˚46'42"с.ш., 60˚42'24"в.д.) и деревянных строений лагеря отдыха в рекреационной зоне на берегу озера в районе г. Кыштыма (55˚38'11"с.ш., 60˚38'10"в.д.). Контрольной территорией являлся юг Свердловской области – окрестности г. Новоуральска, природного парка «Оленьи ручьи» (56˚31'30"с.ш., 60˚42'24"в.д.) и Смолинская пещера (56˚25'47"с.ш., 61˚36'40"в.д.). Поскольку обитающие на контрольной территории прудовая ночница и северный кожанок занесены в Красную книгу Свердловской области, в процессе проведения исследований были использованы животные, погибшие во время зимовки. При плановых учетах рукокрылых, зимующих в пещерах, авторами было собрано семь погибших во время зимовки особей прудовых ночниц в Смолинской пещере и одна погибшая особь северного кожанка на территории природного парка «Оленьи ручьи». В районе г. Новоуральска было отловлено 6 особей двухцветного кожана – вида, не занесенного в Красную книгу.
Для выявления выводковых колоний рукокрылых авторы проводили опросы населения и персонала лагерей и баз отдыха. Осматривали стены зданий для обнаружения помета рукокрылых, использовали ультразвуковые детекторы и дозиметры. Отлов животных проводили ряжевыми сетями, развешенными напротив вылета животных из убежищ. Попавших в сеть животных освобождали, определяли вид и усыпляли с помощью эфира.
В г. Озерске на входе в городской парк были обнаружены крупные колонии импактных рукокрылых. В процессе многолетнего мониторинга уровней накопления радионуклидов рукокрылыми в период с 2001 по 2007 г. было отловлено более 40 особей. Для исследования поступления радионуклидов в организм животных было отобрано несколько сотен граммов сухих экскрементов летучих мышей. На территории лагеря отдыха в процессе мониторинговых наблюдений за радиационно опасной популяцией рукокрылых в период с 2013 по 2017 г. было отловлено 45 животных. В качестве контрольных использовали животных, отловленных на территории Свердловской области в 2011–2012 гг. [3]. Отловленных рукокрылых усыпляли эфиром, а затем определяли концентрации 90Sr и 137Сs в соответствии с методическими рекомендациями МР 2.6.1.0094-14 [5]. Определение концентрации 90Sr осуществляли в соответствии с ГОСТ 32163-2013 [6], а 137Сs – ГОСТ 32161-2013 [7]. Помет поштучно измеряли на низкофоновом β-радиометре МФ-60.
Статистическую обработку результатов измерений и расчеты коэффициентов вариации проводили, используя стандартные методы [8] и компьютерную программу STATISTICA [9].
Результаты исследования и их обсуждение
Контрольные территории
Для анализа на контрольных территориях были отобраны погибшие прудовые ночницы, двухцветные кожаны и северные кожанки. Концентрации радионуклидов в организмах летучих мышах приведены в таблице.
В организмах прудовых ночниц из природного парка «Оленьи ручьи» и Смолинской пещеры концентрация 90Sr была в пределах 0,01–0,19 кБк/кг при среднем значении 0,05 кБк/кг. Близкое значение концентрации90Sr имели три особи двухцветного кожанка из района Новоуральска, а у трех особей концентрация 90Sr была выше на порядок величин (0,3–0,5 кБк/кг). Можно предположить, что некоторые животные из этой колонии в районе г. Новоуральска посещают более загрязненные радиостронцием места, а другие же питаются на территориях с уровнями глобального радиационного фона. Концентрация 137Cs во всех рукокрылых контрольной группы была ниже предела обнаружения (НПО).
Усредненные концентрации 90Sr и 137Сs в тушках контрольной группы летучих мышей, кБк/кг [3]
|
Вид (количество животных, шт.) |
90Sr |
137Сs |
|
Прудовая ночница (12) |
0,05± 0,02 |
НПО |
|
Двухцветный кожан (6) |
0,19± 0,08 |
НПО |
|
Северный кожанок (1) |
0,10* |
НПО |
Примечание. НПО – ниже предела определения (> 1 Бк/кг). *Одна особь.
а) б)
Уровни концентраций 90Sr и 137Cs в тушках рукокрылых: а) прудовых ночниц в г. Озерске, б) рукокрылых нескольких видов в лагере отдыха под Кыштымом
Авторами было установлено, что видовой состав выводковых колоний рукокрылых г. Озерска представлен одним видом – прудовая ночница. Ориентировочная численность животных составляет 400–500 особей. В выводковых колониях на территории баз отдыха авторами обнаружено три вида летучих мышей. В период мониторинговых наблюдений авторами было отловлено 32 особи прудовых ночниц, 11 двухцветных кожанов и 2 северных кожанка. На рисунке приведены результаты индивидуальных измерений концентраций 90Sr и 137Cs в тушках животных.
Город Озерск
Видно, что в указанный период концентрация 90Sr в организмах животных варьировала в широких пределах – от 3 до 83 кБк/кг при среднем значении 31±3 кБк/кг, а 137Cs – от 0,3 до 63 кБк/кг при среднем значении 11±2 кБк/кг. Примерно 80 % животных содержали от 10 до 100 кБк/кг 90Sr и от 1 до 20 кБк/кг 137Cs. Прудовые ночницы из колоний в г. Озерске накапливали 90Sr достоверно больше, чем 137Cs (р < 0,05). Часть радионуклидов, поступивших с рационом в организм самок, за время беременности передается через плаценту зародышам. Эмбрионы прудовых ночниц из выводковых колоний г. Озерска содержали от 19,6 до 51 кБк/кг 90Sr и от 20,4 до 60,7 кБк/кг 137Cs.
При поштучном анализе 600 образцов экскрементов прудовых ночниц на β-активность выявлена вариабельность содержания радионуклидов: в 46 % суммарная β-активность превышала фоновые значения в 1,5–2 раза, в 30 % – от 2 до 10 раз, в 9 % – более чем в 10 раз, в том числе в 3 % случаев – в 100 и более раз. В образцах помета прудовых ночниц были обнаружены90Sr, 134,137Cs, 106Ru, 125Sb, 154Eu, 239,240Pu. Концентрации 90Sr в основной массе проб экскрементов варьировали от 26 до 453 кБк/кг, а 137Cs − от 17 до 73 кБк/кг. Однако некоторые пробы помета содержали на порядки более высокие концентрации радионуклидов, чем указано выше.
Лагерь отдыха под Кыштымом
Как и в г. Озерске, концентрация радионуклидов в организме рукокрылых отличалась значительной вариабельностью, достигающей в ряде случаев нескольких порядков величин. Так, концентрация 90Sr в организмах прудовых ночниц варьировала от 8 до 1112 кБк/кг (среднее значение 341±47 кБк/кг), а 137Cs – от 0,7 до 356 кБк/кг (среднее значение 28±15 кБк/кг). В тушках двухцветного кожана минимальное содержание 90Sr регистрировалось на уровне 0,2 кБк/кг, а максимальное – 400 при среднем значении 63±40 кБк/кг. Для 137Cs минимальные значения активности радионуклида были на грани предела обнаружения, а максимальные – 22 кБк/кг при среднем значении 4±2 кБк/кг. Две особи северного кожанка содержали соответственно 48 и 36 кБк/кг 90Sr и 11 и 0,8 кБк/кг 137Cs. Как и в г. Озерске, тушки исследованных животных содержали достоверно больше 90Sr, чем 137Cs (p ≤ 0,05).
Выводковые колонии импактных рукокрылых в г. Озерске и районе г. Кыштыма располагались за пределами радионуклидной геохимической аномалии на территориях, не имеющих повышенных уровней радиоактивного загрязнения. В то же время все животные из исследованных колоний имели повышенные уровни накопления техногенных радионуклидов, а значительная часть летучих мышей по концентрациям 90Sr и 137Cs соответствовала статусу радиоактивных отходов. Так, у 38 % мышей, отловленных на входе в парк г. Озерска, концентрация 137Cs превышала уровень, регламентированный для радиоактивных отходов – 10 кБк/кг, концентрация 90Sr у всех животных оказалась ниже статуса радиоактивных отходов – 100 кБк/кг в соответствии с Санитарными правилами ОСПОРБ-99/2010. В лагере отдыха под г. Кыштымом количество рукокрылых, в организмах которых концентрация 90Sr соответствовала уровню радиоактивных отходов, составляло 62 %, а 137Cs – 37 %. Что касается экскрементов, то значительная их часть также по уровню радиоактивного загрязнения относится к радиоактивным отходам. В некоторых деревянных строениях на стыках стен с крышей и чердаках регистрировались повышенные дозы ионизирующего излучения, достигавшие 3,5–8,0 мкЗв/ч, при этом радиационное загрязнение превышало допустимые пределы, регламентируемые нормами радиационной безопасности НРБ-99/10.
Расчеты показали, что концентрации 90Sr и 137Cs у прудовых ночниц (доминирующий вид рукокрылых) из колоний в г. Озерске имеют практически одинаковые коэффициенты вариации (Сv) – 62,6, а у животных из колоний в районе г. Кыштыма значения показателя по 90Sr и 137Cs составляли 87 и 137 соответственно. Различия в значениях Сv связаны с разнообразием факторов, влияющих на процесс накопления радионуклидов.
Не вызывает сомнений, что источником поступления техногенных радионуклидов является зона радионуклидной геохимической аномалии в районе расположения ПО «Маяк». Питание прудовых ночниц происходит в большей части насекомыми, цикл развития которых связан с водоемами. В зоне радионуклидной аномалии ПО «Маяк» расположены многочисленные водоемы с различной степенью загрязнения техногенными радионуклидами. В водоемах на периферии Восточно-Уральского радиоактивного следа концентрации техногенных радионуклидов в воде не превышают уровень вмешательства для 90Sr – 5,5, а 137 Cs – 11 Бк/л по НРБ-99/10 [10], а в водоемах – хранилищах радиоактивных отходов этот показатель составляет > 1000 Бк/л [11]. Концентрация 90Sr в реках на территории России составляет ~ 0,006 < Бк/л [12].
На уровни накопления радиоактивных веществ животными влияют: структура рациона питания отдельных особей, избирательность питания по отношению к различным группам насекомых и другие факторы [13]. Когда численность насекомых в районе расположения выводковых колоний снижается, животные летают кормиться на более удаленные территории – в зону геохимической радионуклидной аномалии. Известно, что скорость полета прудовой ночницы составляет 500–600 м/мин. Такая скорость позволяет преодолеть расстояние до водоемов в зоне геохимической радиационной аномалии. Из колонии в г. Озерске животные могут достигнуть района водоема-охладителя ПО «Маяк» за 6–7 мин, а за 10–15 мин – Теченского каскада водоемов хранилищ отходов (ТКВ). Из колонии в районе г. Кыштыма время полета в район водоемов ТКВ составляет15–20 мин.
При дозиметрическом обследовании Аракаевской и Смолинской пещер, расположенных в Свердловской области, где зимуют тысячи зверьков, повышенных уровней радиоактивного загрязнения обнаружено не было. Животные с контрольных территорий имели значительно меньшее содержание 90Sr – на уровне техногенного фона Урала и практически не накапливали 137Cs по сравнению с животными из зоны воздействия ПО «Маяк».
Отсутствие радиоактивных рукокрылых и их помета в местах традиционных зимовок в Челябинской и Свердловской областях позволяет заключить, что зимуют животные в техногенных убежищах на территории промышленной площадки ПО «Маяк. Это различные подземные коллекторы и долгие убежища с условиями, близкими к условиям пещер.
Ввиду присущей летучим мышам привязанности к местам своего летнего и зимнего обитания («хоминг») после работ по дезактивации чердаков зданий – мест базирования выводковых колоний рукокрылых, радиоактивные животные вновь заселяли выбранные места. Поэтому в местах проведения исследований была разработана и использована практика механического перекрытия всех входных отверстий, через которые животные имели доступ в убежища под крышами зданий. Поскольку в отряд рукокрылых входят многие редкие виды, нуждающиеся в охране, в подобных конфликтных ситуациях между человеком и животными следует разрабатывать специальные меры по переориентированию их в другие места базирования, в том числе создание искусственных убежищ, с помощью которых удастся переселить часть колоний на более удаленные от радиоактивного загрязнения территории.
Исследования накопления радионуклидов летучими мышами в районе аварии на Чернобыльской атомной станции, где загрязнение территории характеризуется высокой мозаичностью и отсутствием избирательного повышенного загрязнения водных экосистем, позволили установить, что рукокрылые, привязанные к водоемам, загрязнены не больше других млекопитающих [14].
Заключение
В зонах размещения крупных ядерных объектов, каким является Производственное объединение «Маяк» в Челябинской области, в результате производственной деятельности и аварийных ситуаций создаются условия для загрязнения радионуклидами окружающей среды, вследствие чего возможно накопление радионуклидов летучими мышами в количествах, достигающих в ряде случаев уровня радиоактивных отходов.
Трансграничный перенос радионуклидов рукокрылыми импактных популяций и обитание радиоактивных животных в выводковых колониях на территориях, не имеющих повышенных уровней радиоактивного загрязнения, может создавать условия дополнительного радиационного облучения населения. Источниками излучения являются сами радиоактивные животные и особенно продукты их жизнедеятельности – помет, скапливающийся в течение десятков лет на чердаках зданий. При проведении контроля радиационной обстановки в районах, имеющих территории с повышенными уровнями радиоактивного загрязнения, экологическим и санитарно-эпидемиологическим службам необходимо учитывать возможность транспорта искусственных радионуклидов животными на большие расстояния.