Ученые определили, что с 1970 года уровень радиоактивного свинца в донных отложениях моря Лаптевых трижды превышал средние значения на 20 %. Авторы объясняют это тем, что в данные периоды в атмосферу (а впоследствии – в море) мог попадать свинец из-за масштабных пожаров в Сибири, Якутии и на Дальнем Востоке. Полученные данные о количестве свинца в донных осадках позволяют с высокой точностью определить возраст донных отложений, а также узнать историю осадконакопления и процессов, происходящих не только на дне моря, но и на огромной площади водосбора сибирских рек. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в Journal of Environmental Radioactivity.

Руководитель проекта Валерий Русаков. Источник: Валерий Русаков.

В атмосфере Земли, помимо привычных нам азота и кислорода, в небольших количествах содержатся радиоактивные элементы (они же радиоизотопы), попадающие в нее в результате природных процессов или человеческой деятельности. Один из таких радиоизотопов – свинец. Он образуется в атмосфере при распаде не реагирующего с другими веществами газа радона, который, в свою очередь, выделяется из горных пород и почвы, минеральных удобрений, отходов предприятий ядерного топливного цикла и вследствие работы электростанций, использующих органическое топливо.

Из атмосферы радиоактивные изотопы попадают в моря, а затем – в донные отложения. Поэтому с помощью этих элементов, в частности, стабильного свинца (210-Pb), можно отслеживать, как быстро происходит накопление осадков на дне и каков их источник. Это как учебник по истории: зная возраст донных отложений, можно с высокой точностью выяснить, какие природные процессы происходили в определенный временной период.

Ученые из Института геохимии и аналитической химии имени В. И. Вернадского (ГЕОХИ РАН, Москва) исследовали содержание радиоактивного изотопа свинца в осадках на дне моря Лаптевых – места, отдаленного от техногенных радиоактивных веществ, выделяющихся в процессе человеческой деятельности. Из-за того, что в море Лаптевых поступают в основном природные изотопы, предполагалось, что оценка скорости отложения осадков не будет искажена. Авторы провели три экспедиции в море Лаптевых на научно-исследовательском судне «Академик Мстислав Келдыш» в период с 2018 по 2020 год, благодаря которым удалось проследить процесс поступления радиоактивного изотопа свинца в донные осадки за последние 100 лет.

Особое внимание исследователи уделили областям, различающимся по происхождению донных отложений и скоростям их накопления. Например, в восточной провинции моря осадки накапливались быстрее из-за сильного влияния стока реки Лена. Эта особенность позволила наиболее точно воссоздать историю осадконакопления. В западных провинциях моря влияние речного стока ниже, а осадки накапливаются медленнее, из-за чего история осадконакопления прослеживалась с меньшей точностью, но за большее время.

Вертикальный разрез образца со дна моря Лаптевых, литология с указанием цвета отложений и моделью «RUS2023» «Возраст-глубина». Источник: Виктория Крупская.

Активность распада свинца авторы определяли, оценивая, какую энергию гамма-квантов – частиц, выделяющихся при радиоактивном распаде свинца, – излучают образцы. По этим сведениям исследователи математически рассчитали количество интересующего изотопа в осадках разного возраста (глубоких, а значит, более старых, и поверхностных, то есть молодых). Затем, используя данные о том, насколько активно распадается свинец, авторы разработали математический алгоритм, позволяющий по активности свинца определять возраст донных осадков. Помимо этого, ученые создали программу «Радио-хронологическая модель RUS2023», которая учитывает размер частиц в составе отложений и их способность накапливать радиоактивный свинец. Эти характеристики позволили повысить точность датирования и сделать алгоритм расчета возраста морских осадков достовернее своих аналогов.

Исследователи пришли к выводу, что активность распада свинца с глубиной донных осадков снижается не постепенно, а «волнами». Радио-хронологическая модель позволила установить возраст этих «волн», отражающих наиболее высокую скорость поступления радиоактивного свинца в морские осадки. Авторы предположили, что причиной таких «волн» могли быть лесные пожары, участившиеся за последние 50 лет из-за глобального потепления.

«Мы предполагаем, что повышение радиоактивности морских осадков в отдельные периоды происходит из-за лесных пожаров в Сибири, Якутии и на Дальнем Востоке. Мхи, лишайники и торф – мощные накопители радиоактивных изотопов свинца. При горении этот элемент выделяется в атмосферу Северного полушария, а затем попадает в море, что вызывает колебания активности свинца в донных отложениях. Модель „RUS2023”‎ позволяет точно определять возраст морских осадков с учетом размера частиц в их составе, а также сделать точные выводы о процессах, происходящих в море и атмосфере. В дальнейшем мы планируем использовать нашу модель для реконструкции истории оползней донных осадков, критически влияющих на инженерные коммуникации, которые расположены на шельфе», – заключил руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Валерий Русаков, доктор геолого-минералогических наук, ведущий научный сотрудник ГЕОХИ РАН.

Источник: пресс-служба РНФ.