Загадочный радон: чем он опасен для Арктики

Фото Андрей Пучков

В последние десятилетия одной из актуальных проблем мирового развития стала проблема глобального потепления. Оно затронуло и Арктику, нанеся серьезный удар по одному из ее символов – вечной мерзлоте. Таяние вечномерзлых грунтов стало приводить к изменению рельефа и, как следствие, к дестабилизации почв, на которых построены многие российские заполярные города и поселения.

 Отечественные и зарубежные эксперты указывают на то, что это неизбежно приведет к росту расходов на инфраструктуру. «Российская Арктика отличается от других регионов высоким уровнем урбанизации и индустриализации. Поэтому деградация вечной мерзлоты особенно сильно затронет инфраструктуру российского Заполярья, из-за чего стоимость ее поддержания вырастет до отметки в 422 млрд. руб при текущем уровне застройки, а дальнейшее развитие дорожной и трубопроводной сети повысит этот показатель до 865 млрд. руб», – пишут исследователи в научном журнале Nature Reviews Earth & Environment. В целом, по их подсчетам, эти процессы затронут свыше 70% ныне существующей инфраструктуры в российской Арктике.

В то же время, дело не ограничится одной только инфраструктурой. Таяние вечной мерзлоты приведет к выходу на поверхность различных газообразных веществ. Например, высвобождение метана с морского дна может угрожать работе нефтедобывающих платформ. На суше это может стать причиной образования гигантских воронок типа Ямальского кратера, а также обрушения зданий. 

Еще одной потенциальной угрозой могут стать выбросы радона – природного радиоактивного газа. Радон – это член радиоактивного семейства урана-238, который присутствует повсеместно на Земле. Он постоянно образуется в геологических средах путем распада его материнского радионуклида – радий-226. Он не имеет цвета, запаха и вкуса. Для людей радон опасен тем, что, в случае высокой концентрации, особенно в жилых и производственных помещениях, может стать причиной роста онкологических заболеваний, вроде рака легких. На данный момент, никто не знает, как ведет себя радон в мерзлых породах и почвах, а также при их оттаивании. Но ученые полагают, что, мерзлота является серьезным препятствием для его выхода на поверхность земли. 

Эксперимент ученых из Архангельска

Подтвердить или опровергнуть эту гипотезу был призван научный эксперимент, проведенный специалистами Уральского отделения РАН при поддержке Проектного офиса развития Арктики (ПОРА) с целью показать влияние процесса оттаивания мерзлых почв на поток радона. Для этого ими была оборудована специальная площадка на территории Архангельской области в 30 км от города Северодвинск. 

Она представляла из себя контейнер, на дне которого находилось 40 кг красной глины с повышенным содержанием радия-226, использовавшейся в качестве источника радона, т.н. «активный» слой. Этот слой был засыпан почвой до верха контейнера, а у его дна были проделаны отверстия для дренажа талых вод. После этого контейнер был заморожен и затем помещен в яму, засыпанную почвой. 

Месторасположение экспериментальной площадки и ее геометрические характеристики.

Измерения плотности потока радона проводились в двух точках. Контрольная точка находилась над контейнером. Фоновая точка находилась на поверхности земли на расстоянии 10 метров от контейнера. Для регистрации результатов в ходе эксперимента применялись радиометрический метод измерения плотности потока радона, а также гамма – спектрометрический метод – для регистрации гамма-излучения радионуклидов естественного происхождения. Для изучения изменения плотности потока радона использовались статистический и факторный анализы. 

Замеры плотности потока проводились весной и летом. По их итогам оказалось, что в весенний период они были незначительны. А вот в летний период «активный» слой интенсивно таял, способствуя, таким образом, резкому увеличению плотности потока радона на поверхности. 

Временные изменения плотности потока радона в контрольной и фоновой точках весной и летом.

Было установлено, что основным фактором, влияющим на концентрацию радона, является температура окружающего воздуха и почвы: в мерзлых условиях концентрация радона может достигать не более 2000 Bq·m-3. При полном оттаивании грунтов концентрация радона увеличивается в 20 раз и достигает 43000 Bq·m-3. Именно такие цифры были получены учеными при расчете диффузионной модели в условиях залегания 10-метровой толщи той самой красной глины, которая использовалась в эксперименте.

Диффузия радона в условиях мерзлой и оттаявшей породы.

«Мерзлый грунт является естественной преградой для выхода радона, и его таяние может привести к повышению концентрации радона на поверхности земли. Следовательно, этот фактор необходимо учитывать в методике оценки радоноопасности Арктических территорий, а также тех территорий, которые находятся в зоне вечной мерзлоты, чтобы защитить их население от повышенного облучения», – говорит Андрей Пучков, руководитель проекта, аспирант ФИЦКИА УрО РАН.

Исходя из полученных результатов, ученые наметили три направления возможного развития исследования. Первым из них станет создание системы прогнозирования изменений радоноопасности территорий, которые подвержены изменению мерзлотных условий и на которых имеются зоны радиогеохимического неблагополучия (повышенный естественный радиационный фон). Она должна будет учитывать факт деградации мерзлоты и предусматривать соответствующие коэффициенты. 

Вторым направлением исследований станет факт возможного перераспределения естественного радиационного фона на поверхности земли за счет накопления продуктов распада радона в почве, растительности и организме человека. Уровень их накопления в условиях повышения потока радона на поверхность необходимо будет оценить в соответствии с проведенными исследованиями по данному этапу. 

И, наконец, оценка изменения глобальных потоков радона в условиях увеличения его концентрации в приземном слое атмосферы. Данный факт является крайне актуальным, поскольку глобальные потоки радона применяются для оценки перемещения воздушных масс. И изменение потоков радона в атмосфере приведет к необходимости корректировки данного метода.

К данным направлениям дальнейших исследований проявляют интерес ученые из Канады (Квебек) и США (Аляска). Уже сейчас Архангельскими учеными в соавторстве с зарубежными готовится к публикации научная статья в журнале «Environmental Geochemistry and Health» о вышеописанных результатах.

Опасен и полезен одновременно

Радон невидим обычным глазом, но, в то же время, он очень опасен: попадая в легкие человека вместе с вдыхаемым воздухом, его ядра и дочерние изотопы распадаются в легочной ткани, вызывая микроскопические ожоги, способствуя, тем самым, развитию рака легких. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), радон является второй по значимости причиной рака легкого после табакокурения. Он вызывает от 3 до 14% всех случаев рака легких в различных странах. При этом, по оценкам ВОЗ, вероятность развития рака легкого возрастает в 25 раз, если в дополнение к радону в организм человека попадает и табак. 

Кроме мерзлых пород и почв, еще одним источником радонового излучения является гранит. Тот факт, что большинство городов Заполярья построены на гранитных скалах, неизбежно делает их потенциально опасными для населения. В 2020 году Роспотребнадзор опубликовал данные специального обследования, согласно которым в число регионов с высоким уровнем облучения радоном входят такие субъекты Арктической зоны РФ, как Мурманская область и республика Саха (Якутия). Отсюда и высокий уровень онкологических заболеваний в этих субъектах. Так, по словам врача-онколога Мурманского онкологического диспансера Вячеслава Доброва, лидером среди онкологических заболеваний в регионе является именно рак легкого. 

Надо сказать, что в России вполне осознают опасность, исходящую от радона. В 2016 году была разработана Федеральная целевая программа «Обеспечение ядерной и радиационной безопасности на 2016 – 2020 годы и на период до 2030 года». Помимо всего прочего, в ней содержатся рекомендации по предотвращению образования радона в новых домах и снижения его содержания в эксплуатируемых зданиях. В первую очередь, это усиление системы вентиляции, в том числе и под полом, хорошая герметизация полов и стен, а также установка системы отстойника газа в подвале или под твердым полом.

В то же время, радон может оказаться полезным, например, при поиске алмазов. В сентябре 2021 года сотрудники Уральского отделения РАН провели исследования в Архангельской области, целью которых было изучение активности радона для поиска кимберлитовых трубок, в которых обычно образуются алмазы. «Мы считаем, что возможным направлением в разработке новых методов к поискам кимберлитов может являться развитие эманационного метода, основанного на использовании радона, и вот почему. Известно, что радиоактивный инертный газ радон является индикатором некоторых геологических явлений, широко используется в геофизике и геологии. По его объёмной активности, например, анализируют геодинамическую активность, сейсмические события, выполняют геологическое картирование, трассирование разломов и т.д.», – говорит кандидат геолого-минералогических наук Евгений Яковлев.

Поэтому, говорить о том, что радон только наносит вред, не приходится. Он может и принести благо населению Арктики и остальных регионов Российской Федерации, тем более, что опасность, от него исходящую, можно минимизировать с помощью тех или иных мер. Так что, скорее всего, мы еще не раз услышим много интересного о нем.

***

Максим Майоров, специально для GoArctic