Юдахин Ф.Н., Боголицын К.Г., Щёголева Л.С. Экологические

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ АРКТИЧЕСКИХ
И ПРИАРКТИЧЕСКИХ ТЕРРИТОРИЙ РОССИИ
Юдахин Ф.Н.1,2, Боголицын К.Г.2, Щёголева Л.С.3
1
Архангельский научный центр УрО РАН
2
Институт экологических проблем Севера УрО РАН,
г. Архангельск
3
Институт физиологии природных адаптаций УрО РАН,
г. Архангельск
Член-корреспондент
Юдахин
Феликс Николаевич
Председатель президиума
Архангельского научного
центра УрО РАН,
гл. науч. сотр. ИЭПС
УрО РАН
Среди множества проблем, волнующих современное общество и во многом
определяющих его развитие, экологические проблемы занимают одно из первых
мест. Это связано с тем, что антропогенные факторы в биохимическом
круговороте многих токсичных для человека веществ стали сопоставимы с
природными, а порой и превосходят их. Неоправданно высокие выбросы
загрязнений в окружающую среду и нерациональное природопользование
приведут или уже привели к экологическому кризису в целом ряде регионов.
Особенно это актуально для арктических и приарктических территорий в силу
их специфических особенностей. Экстремальные для проживания, хозяйственной и иной деятельности природно-климатические условия, которые оказывают
отрицательное воздействие на здоровье населения, являются следствием
существенного повышения капитальных и эксплуатационных затрат, стоимости
производимой продукции; условия хозяйственной деятельности и жизнеобеспечения зависят от поставок топлива, продовольствия и других товаров первой
необходимости по сложным транспортным схемам в ограниченные сроки.
К насущным экологическим проблемам также можно отнести низкую плотность
населения и очаговый характер хозяйственного освоения, крайнюю уязвимость
окружающей природной среды, малую устойчивость экосистем, которые легко
разрушаются и практически не восстанавливаются.
Значительную часть Арктики (рис. 1) занимает Северный Ледовитый океан
(СЛО), который является наименьшим из океанов нашей планеты, но его шель-
77
Рис. 1. Карта Арктического пространства
78
Рис. 2. Главнейшие месторождения полезных ископаемых в Арктике
фы и континентальные склоны весьма перспективны для поисков углеводородного сырья и других месторождений минерального сырья. Отличительной
особенностью СЛО является то, что половина его площади подстилается
континентальной корой, развитой в пределах не только обширных шельфов, но и
внутренних поднятий [1]. Главные глубоководные впадины океана с корой
океанического типа – Евразийская и Амеразийская, последняя часто именуется
Канадской. Между этими впадинами проходит двойная полоса подводных
поднятий, состоящая из хребта Ломоносова, проходящего через Северный полюс
и опирающегося одним концом в шельф северной Гренландии, а другим –
в шельф Новосибирских островов и окаймляющего Евразийскую впадину, и
поднятий Альфа и Менделеева, соединяющих Канадский Арктический архипелаг с островом Врангеля и Чукотки. По хребту Ломоносова проходит в Арктике
граница между Атлантическим и Тихоокеанским сегментами Земли [1].
Как указано в [2], арктические регионы становятся основными источниками
минерального сырья, поскольку в них сосредоточена 1/3 запасов полезных
ископаемых планеты (рис. 2, 3).
Особенности формирования и размещения месторождений полезных
ископаемых в Арктике определяется ее геологическим строением: совпадением с
планетарной структурой – Арктической геодепрессией, включающей океаническое дно, широкие ступени шельфа, материковое плитное обрамление с
разновозрастными геотектоническими системами.
79
Рис. 3. Размещение крупных и уникальных месторождений в Российской Арктике
Уже сейчас в Арктике разрабатываются (в России и за рубежом) крупные
месторождения черных, цветных, редких, благородных металлов, полиметаллов,
радиоактивных элементов, алмазов, нерудного и химического сырья.
Однако главное богатство Арктики – нефть и газ. Исключительно важное
значение имеют энергетические ресурсы Арктики для России, поскольку именно
в них сосредоточен основной резерв твердых, жидких и газообразных
углеводородов. Здесь ведется наиболее крупнообъемная их добыча (рис. 4).
Площадь континентального шельфа России составляет 6,2 млн км2. Это 1/5 всех
шельфов Мирового океана. Запасы углеводородов на морской периферии РФ
доходят до 1/4 от объема мировых.
По прогнозам геологов, только внутри 200-мильной зоны России,
в северных морях, содержится 130 млрд т углеводородов. На шельфах Баренцева, Печорского и Карского морей пробурено полсотни разведочных скважин.
Открыто 11 месторождений. В том числе супергиганты: Штокмановское
(3,2 трлн м3 газа), Ленинградское и Русановское (9 трлн м3 газа), Приразломное
(100 млн т нефти). Это не считая промышленных скоплений: золота, олова,
алмазов и платиноидов.
Запасы углеводородного сырья за пределами 200-мильной зоны российского шельфа оцениваются минимум в 5 млрд т. В глубь хребта Ломоносова еще
никто не бурил. Все собранные данные – косвенные. Запасы могут оказаться и
меньше и больше 5 млрд т.
В любом случае интерес конкурентов к хребту Ломоносова огромен.
Определяется он как углеводородной составляющей, так не в меньшей степени
военно-политическими интересами при использовании морских пространств.
80
Рис. 4. Сырьевой потенциал Севера: запасы полезных ископаемых (долл./чел.)
Только бурение на глубину 4–5 км на протяжении всего хребта могло бы
окончательно убедить Комиссию ООН присоединить к России новые
океанические пространства. Факт, что это бурение произведено не было и
отсутствие проб континентальной коры хребта может стать причиной
очередного отклонения российской заявки. Причина отсутствия проб из глубины
хребта Ломоносова проста. У России нет ни одной платформы для бурения на
такой глубине. Ни одного судна для глубоководного бурения. Если российским
ученым удастся доказать, что подводные хребты Ломоносова и Менделеева,
которые протягиваются к Гренландии, являются геологическим продолжением
российского континентального шельфа, Россия может получить право на
дополнительные 1,2 млн км2 площади в Арктике.
В Арктической зоне России располагаются основные площади ТиманоПечорской,
Западно-Сибирской,
Лено-Тунгусской,
Хатанго-Вилюйской,
Колымо-Индигирской нефтегазоносных провинций и полностью БаренцевоКарская, Енисейско-Ленская, Чукотско-Аляскинская и Новосибирско-Чукотская
нефтегазоносные провинции.
Арктический шельф – это самый крупный нефтегазоперспективный объект,
способный обеспечить потребности России на сотни лет.
81
Рис. 5. Предполагаемый раздел Арктики
В связи с тем, что на шельфе Арктических морей уже открыты крупнейшие
месторождения нефти и газа и вырисовываются благоприятные перспективы на
обнаружение новых залежей, этот регион становится объектом пристального
внимания многих держав – Дании, Канады, США, Великобритании, Норвегии.
В том, что Арктика будет поделена в ближайшие годы, теперь мало кто
сомневается (рис. 5).
Разработка богатейших месторождений минерального сырья в Арктике
обусловливает опасность возникновения крупных экологических проблем, как
это случилось в Мексиканском заливе при аварии на нефтяной платформе.
Важную роль здесь должны играть работы по изучению сейсмичности региона.
Как отмечено в [2], экологическая опасность в нефтегазодобывающих и
горнорудных районах исходит не только от технических катастроф, но и от
техногенных процессов. При крупномасштабной откачке нефти и газа в земной
коре происходит перераспределение тектонических напряжений, вследствие
чего возникают так называемые наведенные землетрясения, которые называют
«местью недр». В ранее асейсмичных районах возникают ощутимые землетрясения до 5–6 баллов, представляющие значительную опасность для зданий и
сооружений, а также для обсадных колонн скважин и трубопроводов, поскольку
82
очаги этих землетрясений находятся близко к поверхности, так что относительно
небольшие толчки могут вызвать катастрофические локальные разрушения и
серьезные экологические последствия. Районами довольно высокой геотехногенной сейсмичности стали горнорудные центры Кольского п-ова, нефтегазовые
месторождения Тюменской области, нефтяное месторождение Экофиск в
Норвегии и многие другие [2]. Кроме сейсмоактивности идет интенсивная
просадка поверхности земли над разрабатываемыми месторождениями.
Типичной геотехногенной зоной, связанной с разработкой угольных
месторождений, является область в Полярном Приуралье, протягивающаяся от
Воркуты до Инты. Интинские землетрясения 1991 и 1992 гг. силой 5–6 баллов
имели разрушительный, но узколокальный характер. От них пострадали
некоторые постройки барачного типа, людей сбрасывало с кроватей, хотя на
соседних улицах землетрясение ощущалось слабо. Воркутинское землетрясение
23 мая 2005 г. с глубиной очага 10 км и силой в эпицентре 5 баллов захватило
довольно значительную площадь и проявилось на расстоянии более 30 км от
эпицентра. Оно стало следствием техногенной стимуляции геодинамики в зоне
уральских разломов.
Угроза роста сейсмоактивности вплоть до катастрофической в ТиманоПечорско-Баренцевоморской провинции, как и в других, в связи с прогрессирующим увеличением нефтегазодобычи весьма велика и может выразиться в
создании аварийной обстановки.
Через Арктику проходит северная часть Срединно-Атлантического хребта,
разделяющегося здесь на отдельные звенья – хребты Мона, Книповича и
Гаккеля. Срединно-Атлантический хребет, являясь межплитной рифтовой зоной,
характеризуется высокой сейсмической активностью (рис. 6). В Арктике
отмечается также внутриплитная сейсмичность, но она значительно ниже, чем в
рифтовой зоне.
Надо отметить, что сейсмическая изученность этого региона явно
недостаточна и связана с отсутствием сейсмических систем наблюдений
в акваториях морей СЛО. Вся сейсмическая сеть, регистрирующая сейсмичность
Северо-Западного сегмента СЛО, в основном была всегда сосредоточена на
территории Фенноскандии, лишь небольшая часть находилась на островах
(Шпицберген и в виде временных сетей о-в Земля Франца-Иосифа и др.) и на
Кольском полуострове (Апатиты, Апатитский ARRAY), сильные землетрясения
регистрировались далекими станциями ГС РАН (Пулково, Москва, Обнинск,
Свердловск).
До сравнительно недавнего времени сейсмические наблюдения в отечественной практике проводились в рамках экспедиционных сейсмологических
наблюдений сотрудниками «Севморгеологии» из Санкт-Петербурга [4,5].
Однако в период распада СССР сейсмологические исследования в Арктическом
сегменте России почти полностью прекратились. Из приближенных к СЛО
станций наблюдения велись лишь станциями Апатиты (Апатитский ARRAY) и
частично на сейсмической станции Амдерма (Micro-Array).
83
Рис. 6. Карта эпицентров землетрясений Арктики, зарегистрированных станциями
Архангельской сети в 2004–2009 гг.
В настоящее время сейсмические наблюдения активизируются за счет
вновь организуемых сетей наблюдений. Прежде всего самая значительная сеть
создается с 2003 г. в Архангельском регионе, где на данное время функционирует уже 7 сейсмических станций (Архангельск – ARHR, Тамица – TMCR,
Пермогорье – PRGR, Климовская – KLMR, Лешуконское – LSH, Пермилово –
PRM, Соловки – SLV). Сеть координируется Архангельским сейсмическим
стационаром-обсерваторией (АССО) (см. рис. 6).
При проведении службой АССО мониторинга телесейсмической и
региональной сейсмичности особое внимание уделяется землетрясениям в
пределах Арктического региона и прилегающих к нему территорий. При этом
для обработки сейсмической информации активно привлекаются данные как
зарубежных (NORSAR, ISC и др.), так и отечественных (ССД ГС РАН, КФ ГС
РАН, Карелии, Коми и др.) служб.
Сравнительно недавно здесь произошли два значительных по магнитуде
события: основной толчок землетрясения в первой зоне отмечен 6.03.2005 г.
(05:21:41.2) с Mb = 6,1. В течение 2005–2007 гг. для этого землетрясения
зарегистрировано 13 афтершоков с Mb = 4,1–5,5 и 4 форшока с Mb = 5,1–5,3.
Для землетрясений вблизи о-ва Шпицберген основной толчок зарегистрирован
21.02.2008 г. (02:46:16.1) с 10 форшоками с Mb = 3,5–5,3 и более 30 афтершоками
с Mb = 3,0–5,4 [7, 8].
84
Заметим, что более слабых афтершоков с ML < 2,5 от этого землетрясения
зарегистрировано службой NORSAR гораздо больше, в каталоге их насчитывается более 150 [8]. В еще более удаленных от станций АССО участках СЛО
(о-в Земля Франца-Иосифа, Исландия, севернее и восточнее Сев. Земли и др.) и
на континентальных участках обрамления СЛО во всех каталогах зарегистрированы лишь единичные землетрясения.
Наряду с указанными сравнительно сильными землетрясениями в пределах
Баренцевоморского и Свальбардского блоков наблюдается проявление слабой
сейсмичности в виде роев с ML < 2.5. По мнению авторов [9], эта диффузная
сейсмичность на континентальном склоне связана с крупными подводными
оползнями, наиболее активизирующимися в конце теплого сезона года.
Из отмеченных роев микротолчков можно отметить также зарегистрированный в
2000 г. рой (№ = 131) в пределах Баренцеморского шельфа вблизи берегов
Кольского полуострова [8]. Сейсмические станции России и сопредельных стран
(сеть NORSAR в Норвегии) регистрируют землетрясения в Арктике с незначительной точностью определения эпицентров. Это обусловлено тем, что
сейсмические пункты располагаются в довольно узком створе, а Архангельская
сеть носит профильный характер по отношению к ареалам землетрясений.
При этом в большинстве случаев регистрируются только сильные удаленные
землетрясения. Для проведения сейсмического мониторинга участков разработки нефтяных и газовых месторождений в Арктике необходимо расширять
сеть наблюдений (рис. 7).
Рис. 7. Сейсмическая сеть
85
В целях устойчивого развития арктических и приарктических территорий
необходима разработка основных путей решения важнейших экологических
проблем. Научное обеспечение этого процесса должно осуществляться по
следующим направлениям:
1. Изучение и сохранение биоразнообразия; устойчивость и адаптивные
возможности природных экосистем разных иерархических уровней
к климатическим и антропогенным воздействиям.
2. Научное обоснование, разработка и внедрение экологически безопасных
технологий освоения природных ресурсов Севера.
3. Создание современных систем комплексного мониторинга состояния
окружающей среды, предупреждения и ликвидации чрезвычайных
ситуаций природного и техногенного характера.
В Архангельской области сосредоточены значительные запасы минеральных ископаемых и углеводородного сырья, лесные массивы, развиты
добывающая промышленность и лесохимический комплекс, атомное судостроение, активно эксплуатируется один из основных космодромов страны
«Плесецк». Следствием активной хозяйственной деятельности является
повышенная антропогенная нагрузка на окружающую среду на фоне ее низкой
способности к самовосстановлению.
Одним из основополагающих элементов и необходимым условием
сохранения биологического разнообразия и устойчивого развития региона
является создание и развитие системы особо охраняемых природных территорий
(ООПТ). Без развитой и достаточно широкой сети природных территорий, не
затронутых хозяйственной деятельностью, невозможно сохранить естественную
структуру и видовой состав природных экосистем, ландшафтное и
биологическое разнообразие. При их характеристике, с нашей точки зрения,
фундаментальный научный подход может быть связан с применением
теории биотической регуляции, предложенной В.Г. Горшковым, и теории
неравновесной термодинамики, предложенной Пригожиным, в приложении к
экосистемам. Основные их положения можно сформулировать следующим
образом.
Экосистема на любом уровне локализации скоррелированных сообществ
представляет собой «условно изолированную» материальную систему.
Интегральной количественной характеристикой состояния экосистемы является
термодинамическая функция – «энтропия», значение которой определяется как
процессами формирования состава системы и массообменом с окружающей
«внешней средой», так и энергетическим обменом. Это обеспечивает возможность протекания в экосистеме процессов самоорганизации и возникновения
специфических динамических структур.
Кроме того, особенностью стационарного состояния экосистем является
определенная степень его устойчивости. Причина такого состояния кроется
в установленном Пригожиным факте минимума производства энтропии в
экосистеме за счет протекания внутренних необратимых процессов. Поэтому со
всей очевидностью возникает вопрос о том, какую часть естественных экосистем
можно использовать, не нарушая естественного уровня замкнутости биохими-
86
Рис. 8. Принципиальная схема экологического каркаса европейского Севера
ческого круговорота. Другими словами, какова несущая экологическая емкость
экосистем, находящихся в Арктических и приарктических территориях.
Ответ на данный вопрос дают комплексные исследования процессов
формирования и функционирования экосистем Европейского Севера России.
Современная сеть ООПТ частично решает проблему сохранения биоразнообразия (рис. 8).
В целом же решение этой проблемы возможно путем создания системы
ООПТ, в которой они должны быть функционально соединены между собой
«зелеными меридианами» (Фенноскандия, Соловецкий, Тиманский, Восточный),
«зелеными поясами» (пояс бореальных лесов, Южный пояс) и коридорами. Все
это должно составить единый экологический каркас региона. В ИЭПС УрО РАН
разработана принципиальная схема построения такого каркаса для Европейского
Севера России (см. рис. 8), в которой учитывается поддержание средообразующих функций и сохранение биологического разнообразия, природных
комплексов, старовозрастных лесов, культурного наследия. Разработанная
концепция получила международное признание и легла в основу практической
реализации международного проекта «Сеть особо охраняемых природных
территорий Баренцево-Евро-Арктического региона» (BPAN).
Одним из важнейших направлений развития современной науки,
отвечающих вызовам XXI века, является создание научных основ новых инно-
87
Рис. 9. Направления переработки растительного сырья
вационных технологий производства химических продуктов, материалов и
энергии из возобновляемых источников с целью достижения долгосрочного
устойчивого развития глобальной экономики и решения насущных экологических проблем.
В этом плане в последние годы особую актуальность приобрели исследования, направленные на вовлечение в оборот колоссальных ресурсов
биомассы растений, ежегодный прирост которой способен полностью покрыть
потребности многих отраслей промышленности. Работы в данном направлении,
объединяемые популярным термином «biorefinery», получили бурное развитие в
ведущих исследовательских центрах развитых стран (рис. 9).
Биомасса растений представляет собой природный композиционный материал, состоящий в основном из полисахаридов (целлюлозы и гемицеллюлоз) и
ароматических биополимеров (лигнинов, лигнанов), связанных как механически,
так и ковалентными связями. Вовлечение лигноцеллюлозных материалов в
химическую переработку предусматривает, как правило, предварительное
разделение лигнинной и полисахаридной составляющих (делигнификацию).
Используемые до настоящего времени технологии делигнификации отличаются
повышенной экологической опасностью, поскольку используются в качестве
варочных растворов – водные растворы сернистых соединений (оксид серы,
сульфид натрия и др.), в результате чего образуется множество токсичных
побочных продуктов, загрязняющих атмосферу (например метилмеркаптан и
сернистый газ) и водоемы. Недостаточная степень извлечения лигнина требует
88
дальнейшей отбелки целлюлозы, в ходе которой часто используются соединения
хлора, что способствует образованию супертоксикантов – диоксинов.
Актуальность вопроса совершенствования технологий химической переработки древесины и снижения ее антропогенной нагрузки на окружающую
среду в Архангельской области связана с хозяйственной деятельностью крупнейших в стране целлюлозно-бумажных комбинатов, производящих до 40 %
целлюлозно-бумажной и картонной продукции страны и использующих
традиционные технологии.
В соответствии с принципами «зеленой химии», наиболее перспективными
средами для проведения технологических процессов переработки растительного
сырья являются водно-органические системы на основе диполярных апротонных
растворителей с высокой основностью, сверхкритические флюиды (СКФ) и
ионные жидкости (ИЖ).
В настоящее время как в России, так и за рубежом внедрены СКФТ
получения экстрактов низших растений преимущественно лекарственных,
фармацевтических и косметических препаратов. Дальнейшее развитие исследований в этом направлении должно быть связано с революционными
изменениями в технологиях переработки растительного сырья, являющегося
перспективным источником получения громадного количества ценных
продуктов – от тысяч до миллионов тонн. Другим важным аспектом разработки
СКФТ применительно к переработке растительного сырья является потенциальная возможность применения сверхкритических процессов к технологиям
углубленной делигнификации древесины и модификации целлюлозы.
В результате фундаментальных и прикладных исследований в области
химии и химической технологии растительного сырья:
разработаны методы исследования и получены основополагающие
данные по топологической, химической и надмолекулярной структуре,
функциональной природе и физико-химическим свойствам биополимеров;
разработана и экспериментально подтверждена концепция термодинамической самоорганизации лигноуглеводной матрицы как природного
нанокомпозита;
выполнены масштабные исследования по разработке приоритетных
технологий комплексной переработки растительного сырья путем
направленного химического (органические и водно-апротонные растворители, ионные жидкости, селективные катализаторы редокс-превращений, окислители) и физического (сверхкритические флюидные среды)
воздействий на структуру и свойства биополимеров на наноуровне
с получением продуктов широкого спектра потребительских свойств
(БАВ, энтеросорбентов, продуктов окислительной деструкции лигнина,
модифицированных лигнинных и углеводных препаратов, целлюлозных
полуфабрикатов) (рис. 10);
впервые сверхкритической флюидной экстракцией СО2 водорослей
Laminaria digitata получен энтеросорбент, обладающий высокой сорбционной способностью по отношению к патогенным микроорганизмам и
иммуномодулирующими свойствами.
89
90
Рис. 10. Модель формирования структуры
лигноуглеводной матрицы (а) и иерархическая модель формирования структуры
лигноуглеводного композита (б)
91
а
б
92
Рис. 11. Активность 137Cs в донных отложениях Белого, Баренцева и Карского
морей (а); распределение активностей 226Ra, 40K, 137Cs, 232Th, Cr, U в донных
отложениях дельты р. Северной Двины (б)
Итак, теоретические и экспериментальные результаты исследований природных наноструктур клеточных стенок биомассы открывают принципиально
новые возможности как для изучения природных нанокомпозитов, так и для
разработки современных экологически безопасных технологий их переработки.
Следовательно, формируется новое научное направление – нанохимия и
нанотехнологии биокомпозитов.
Итогом обсуждения полученных результатов научных исследований и
перспектив научного обоснования и разработки технологий комплексной
переработки растительного сырья древесного и недревесного происхождения с
руководством РОСНАНО 7–8 апреля 2010 г. стало предложение о подготовке
проекта по созданию в Архангельске научно-производственного кластера по
данным проблемам на базе институтов УрО РАН (ИЭПС, ИФПА), С(А)ФУ и
ряда предприятий.
Насущной задачей является создание системы экологического мониторинга
окружающей среды. Оперативная оценка современного состояния атмосферы,
океана, водных объектов суши, криосферы, почв, ландшафтов, биосферы, уровня
и форм антропогенного воздействия на эти компоненты природной среды,
разработка прогнозов развития происходящих в них явлений и процессов с
учетом совершенствования теоретических представлений, а также получение
комплексных оценок водных, климатических, почвенных, лесных и биологических ресурсов – все это элементы комплексной системы экологического
контроля и мониторинга окружающей среды. При этом она должна строиться на
основе использования научно обоснованных приоритетных параметров и
критериев. В приложении к Архангельской области такая система мониторинга
должна включать следующие составляющие: радиационный контроль, контроль
сейсмогеодинамических процессов (о чем говорилось выше) в Северном
полушарии, химический контроль.
В результате выполненных в ИЭПС УрО РАН исследований (рис. 11)
установлен уровень радиоактивного загрязнения Европейского севера России,
прилегающих акваторий, а также загрязнения почв в городской агломерации и
промышленном узле Северодвинск – Архангельск – Новодвинск.
93
Актуальность включения блока эколого-аналитического контроля загрязненности территорий химическими веществами связана с деятельностью предприятий химико-лесного комплекса, ракетно-космической деятельности, а также
системой сбора, хранения и утилизации промышленных и бытовых отходов.
В целях минимизации антропогенного воздействия предприятиями химиколесного комплекса на окружающую среду выполнены комплексные исследования закономерностей основных химических процессов переработки древесины.
В соответствии с международными стандартами проведено научное обоснование
перечня приоритетных показателей эколого-аналитического контроля качества
сточных вод ЦБП и методики их определения, разработаны методологические
приемы использования технологических нормативов для оценки соответствия
производственной деятельности предприятий ЦБП международным требованиям на основе наилучших существующих технологий. Особое значение имеет
контроль содержания в объектах окружающей среды стойких органических
загрязнений (СОЗ). Это связано с активным применением на предприятиях
лесохимиического комплекса соединений хлора для отбелки целлюлозы,
пропитки лесоматериалов. Поэтому обеспечение экологической безопасности
предполагает снижение и предотвращение загрязнения экосистем токсичными,
устойчивыми к деградации и способными к глобальному переносу диоксиноподобными соединениями (рис. 12). Для этого в ИЭПС УрО РАН разработана и
Рис.12. Решение проблемы полихлорированных диоксинов (ПХДД/ПХДФ)
на предприятиях по производству беленой целлюлозы, расположенных
в бассейнах субарктических рек
94
реализована региональная «антидиоксиновая» программа по предотвращению
загрязнения окружающей среды, создана методическая база для контроля
хлорорганических соединений, получены данные для создания отраслевого
национального реестра диоксинов.
Архангельская область – один из реликтовых районов Европы с обширными запасами торфа (30 % российских запасов), где торфяно-болотные экосистемы находятся в естественном, способном к саморегуляции состоянии, являясь
чувствительными индикаторами загрязнения природной среды. В результате
натурных и лабораторных исследований установлена высокая буферная
способность торфяно-болотной почвы и показана ее экологическая роль как
природного барьера; установлены приоритетные экотоксиканты и предложена
система эколого-аналитического контроля состояния природной среды в зоне
влияния объектов размещения отходов в условиях заболоченных территорий
Европейского Севера России.
Особенность воздействия ракетно-космической деятельности на окружающую среду, заключающаяся в наличии специфических загрязнителей, значительных площадей районов падения отделяющихся частей ракет-носителей
(ОЧР) и возможности масштабных последствий при возникновении аварийных
ситуаций, свидетельствует о необходимости активизации работ, направленных
на повышение экологической безопасности при осуществлении ракетнокосмической деятельности.
Специфика природопользования при эксплуатации данных районов состоит
в отсутствии у районов падения четко выраженных границ (рис. 13), падение
отделяющихся частей происходит в различных точках по всей территории
районов и определить заранее место падения невозможно, а также в том, что на
территории района не ограничивается ведение хозяйственной деятельности
(кроме периодов пуска ракет).
В Российской Федерации для запуска космических аппаратов используются
жидкие двухкомпонентные ракетные топлива: керосин – кислород, несимметричный диметилгидрозин (НДМГ) – азотный тетраоксид. Можно выделить
перечень экотоксикантов, содержание которых лимитируется санитарногигиеническими нормативами: ракетные керосины Т1 и РГ1, оксиды азота,
нитрит-, нитрат-ионы, НДМГ и продукты его разложения: нитрозодиметиламин
(НДМА), диметиламин (ДМА), тетраметил теразен (ТМТ). Потенциальная
опасность данных соединений при попадании в объекты окружающей среды
определяется их высокой стабильностью в глубоких слоях почвы, а также
способностью образовывать при разложении высокотоксичные и канцерогенные
продукты.
Таким образом, отмечая несомненную государственную важность работ по
развитию и совершенствованию ракетно-космической деятельности страны,
особое внимание необходимо уделить решению отмеченных выше актуальных
экологических проблем.
В настоящее время разработано Соглашение между Уральским отделением
РАН и Федеральным космическим агентством в целях оптимизации ресурсов,
направленных на научно-методическое обеспечение экологического сопровождения эксплуатации районов падения отделяющихся частей ракет-носителей для
95
Рис. 13. Районы падения ОЧР Архангельской области
Рис. 14. Ракетно-космическая деятельность
96
получения объективных данных об экологическом состоянии объектов
окружающей среды, своевременное предотвращение необратимых процессов ее
деградации, разработки научно обоснованных мероприятий по минимизации
негативного влияния РКД на окружающую среду, в том числе в связи с
реализацией перспективных задач в рамках разрабатываемого Федерального
закона «О районах падения космических объектов».
На территории Архангельской области более 40 лет функционирует
космодром «Плесецк», выполняющий, в соответствии с Федеральной
космической программой, задачи по выводу на орбиту космических аппаратов
различного целевого назначения в научных и коммерческих целях, в интересах
обороны и безопасности страны, а также испытательные пуски межконтинентальных баллистических ракет (рис. 14). Являясь наиболее загруженным
космодромом России, «Плесецк» обеспечил более 2000 запусков ракет, в том
числе около 100 запусков за последние 8 лет. Значительная часть ракетносителей использовали в качестве топлива гептил. Как вещество первого класса
опасности, способное накапливаться в природных экосистемах, а также давать
при разложении другие высокотоксичные продукты (гидрозин, метилгидрозин,
нитрозодиметиламин, тетраметилтетразен), НДМГ рассматривается в качестве
одного из основных факторов, обусловливающих неблагоприятную экологическую ситуацию и повышенную заболеваемость людей в районах падения
отработанных ступеней ракет-носителей (значительная часть Архангельской
области, Ненецкий автономный округ (НАО) и северо-западная Сибирь –
рис. 13).
Рис. 15. Динамика первичной заболеваемости населения Ненецкого автономного
округа (НАО) и экстремально дискомфортных территорий Архангельской области
в 1990–2004 гг. (на 10 000 населения)
97
В настоящее время нами совместно с МГУ им. М.В. Ломоносова разработаны методики ионохроматографического определения НДМГ и его производных в природных водах (предел обнаружения 50 нг/л), почвах (предел обнаружения 0,05 мг/кг) и растениях (предел обнаружения 0,1 мг/кг) с амперометрическим детектированием. Методом высокоэффективной жидкостной хроматографии с масс-селективным детектированием идентифицированы основные
продукты деградации НДМГ в почвах. Установлено, что в растительных тканях
и почвах 1,1-диметилгидрозин находится в виде связанных форм; загрязнение
РП токсичными компонентами ракетного топлива носит локальный характер с
концентрированием в глубинных слоях почвенного покрова. Разработаны методы определения керосина РГ-1 в почве (диапазон от 50 до 5000 мг/кг), питьевых
(диапазон 0,01–1,0 мкг/дм3) и природных водах (диапазон 0,05–5,0 мкг/дм3).
Таким образом, полученные результаты и перспективы развития работ по
построению отдельных блоков системы экологического мониторинга наглядно
свидетельствуют о возможности и необходимости разработки концепции комплексной системы экологического мониторинга с включением рассмотренных
выше блоков радиационного, сейсмо- и химического контроля. В настоящее
время ИЭПС УрО РАН совместно с северо-западным отделением Института
проблем безопасного развития атомной энергетики РАН и другими организациями по предложению Европейского банка развития приступает к подготовке
пилотного проекта по созданию региональной системы комплексного
мониторинга окружающей среды в городской и промышленной агломерации
Архангельск–Северодвинск–Новодвинск.
Перечисленные выше экологические проблемы, безусловно, отражаются на
здоровье населения (рис. 15).
Институтом физиологии природных адаптаций УрО РАН проведено
районирование Архангельской области по медико-биологическим параметрам:
обмен веществ (белковый, липидный, углеводный, витаминный, минеральный),
гормональный фон, иммунный статус, нейровегетативная регуляция сердечной
деятельности. По результатам исследований в методику оценки дискомфортности жизнедеятельности населения в Федеральный Закон о районировании
Севера Российской Федерации (2007 г.) включены медико-биологические
критерии (в том числе иммунологические) районирования.
Определены особенности обменных процессов, содержания гормонов,
цитокинов, микроэлементов, иммунологических параметров у лиц, родившихся
и проживающих на Севере, в основе которых находится расширение границ
колебаний физиологических параметров, зависимое от климатических особенностей высоких широт, возраста и пола.
Установлена частота регистрации экологически зависимых дефицитов
витаминов, микроэлементов, ненасыщенных жирных кислот, глюкозы и пирувата, гормонов надпочечников и щитовидной железы, Т-лимфоцитов, натуральных
киллеров и секреторных иммуноглобулинов у жителей Севера (рис. 16, 17).
Выявлены механизмы сокращения резервных возможностей регуляции
иммунного и эндокринного гомеостаза, гормональной регуляции липидного и
углеводного обменов, а также нейровегетативной регуляции сердечной
деятельности.
98
Рис. 16. Распространенность повышенных концентраций раково-эмбрионального
антигена в крови у взрослого населения административных территорий
Архангельской области (на 1000 чел.)
Рис. 17. Частота выявления дефицита иммунной защиты у взрослого населения
Архангельской области (на 1000 чел.). Наибольший дефицит киллерных Т-клеток
выявлен в Ненецком автономном округе и приполярных территориях
99
Исследования института раскрывают механизмы нейрои-ммунноэндокринной регуляции метаболизма, адаптационных процессов и резервных
возможностей организма человека в дискомфортных климато-географических
условиях Севера.
Для коррекции экологически зависимых дефицитов ненасыщенных жирных
кислот, витаминов, микроэлементов, гормонов у жителей Севера разработаны:
• способ коррекции углеводного обмена по содержанию в периферической
крови полинасыщенных жирных кислот полисахаридами ламинарии;
• способ иммунокоррекции с использованием солей альгиновой кислоты
(разработана технология получения альгинатов калия и магния);
• способ коррекции вегетативных дисбалансов с помощью комплекса для
обработки кардиоинтервалограмм и анализа вариабельности сердечного
ритма «Варикард» (патент № 2317771, 2008).
Внедрение указанных разработок проведено совместно с медицинской
компанией «Биокор» в рамках областных программ «Профилактика экологически зависимых вторичных иммунодефицитов у проживающих в населенных
пунктах с высокой степенью воздействия природных и антропогенных
факторов» (2002) и «Снижение экологической зависимости у воспитанников
детских домов Архангельской области с высокой степенью воздействия
природных и антропогенных факторов» (2004).
Институтом сделано заключение, что факторами, влияющими на снижение
резервов иммунной и эндокринной систем у человека на Севере, являются:
• длительность северного стажа;
• экологические причины (дефицит тепла, освещенности, микроэлементов,
напряженный иономагнитный режим, резкие колебания климатических
параметров);
• фотопериодика (длинная ночь и короткий день зимой, короткая ночь и
длинный день летом);
• сезонность, возраст;
• «северный» физиологический профиль характеризуют:
− замена доминантности гипофиз-адреналовой системы на преобладание гипофизарно-тиреоидного комплекса;
− напряжение и раннее истощение в системах инсулярного аппарата
поджелудочной железы и гипофиз – гонады (у женщин);
− изменение интенсивности метаболического гомеостаза;
− отставание возрастного формирования иммунной системы на 2–4 года:
дефицит содержания IgA (к 14 годам до 40%);
− истощение резервов стимуляции фагоцитоза, расширение пределов
колебаний, увеличение спектра содержания аутоантител.
Установлено, что контрастные климатические параметры обусловливают
резкие колебания большинства физиологических показателей, расширяя
пределы их содержания.
Расширение границ от общепринятых пределов делает грань между
физиологической реакцией и болезнью прозрачной, увеличивая риск для лиц,
менее приспособленных к дискомфортным условиям, что проявляется более
высокими уровнями заболеваемости и особенностями течения болезни.
100
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Фаг
CD16
ФНО-α
дети 1-5 лет
взрослые 25-45 лет
CD8
CD95
дети 10-14 лет
взрослые >65 лет
Инф-γ
Рис.18. Частота сокращения резервных возможностей регуляции иммунного гомеостаза
Доказано, что у северян формируется дефицит энергетических и регуляторных ресурсов жизнеобеспечения, а для адаптации к неблагоприятным
условиям жизни требуется более высокий энергетический уровень. Дефицит
энергетических ресурсов на фоне повышения энергетических потребностей
влечет за собой использование альтернативных, экономически невыгодных
возможностей получения дополнительной энергии. Это ведет к накоплению
промежуточных продуктов обмена, снижению активности мембран, изменению
чувствительности клеток к биологически активным веществам и клеточному
взаимодействию.
Накопление промежуточных продуктов обмена и снижение активности
метаболических и регуляторных процессов приводят к сокращению резервных
возможностей синтеза энергетических ресурсов, гормонов, ферментов, защитных факторов иммунной системы и обеспечения здоровья (рис. 18).
Торможение возрастного развития эндокринной, иммунной систем,
приобретение уже во взрослом состоянии таких дефектов как недостаточность
ферментов, гормонов, противовирусных интерферонов, факторов разрушения
опухоли и фагоцитарной защиты обеспечивают напряжение адаптационных
механизмов, создают повышенный риск развития заболеваний, осложняют
течение болезней.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
2.
Хаин В.Е. Тектоника континентов и океанов (год 2000). М.: Научный мир, 2001. 606 с.
Юшкин Н.П. Арктика в науке, истории и политики // Север: Арктический вектор
социально-экологических исследований. Сыктывкар, 2008. С. 17–47.
101
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Юдахин Ф.Н., Французова В.И. Сейсмичность Архангельской области // Землетрясения
Северной Евразии в 1995 г. М.: ГС РАН, 2001. С. 128–139.
Аветисов Г.П. Сейсмоактивные зоны Арктики // Комитет РФ по геологии и исследованию недр ВНИИ Океанология. СПб., 1996. 186 с.
Асиновская Б.А. Сейсмичность Баренцева моря М., 1994. 123 с.
Юдахин Ф.Н., Французова В.И. Сейсмичность Северной части Русской плиты. Архангельская область // Землетрясения и микросейсмичность в задачах современной геодинамики Восточно-Европейской платформы. Кн. 1. Петрозаводск: КНЦ РАН, 2007. С. 234–
254.
Юдахин Ф.Н., Французова В.И. Проблемы геодинамики и региональной сейсмичности
Севера Восточно-Европейской платформы // Изменение окружающей среды и климата.
Т. 1. Сейсмические процессы и катастрофы. М.: ИФЗ РАН, 2008. С. 147–175.
Каталог NORSAR – http://www.norsardata.no
Асминг В.Э., Баранов С.В., Виноградов А.Н., Виноградов Ю.А. Сейсмичность архипелага
Шпицберген в 2008 г. // В сб. Матер. IX Междунар. научной конф. «Комплексные
исследования природы Шпицбергена». 12–14 ноября 2009 г., г. Мурманск. М.: ГЕОС,
2009. С. 206–210.
Баранов С.В., Асминг В.Э., Виноградов А.Н. Землетрясение 21.02.2008 в Стур-Фиорде арх.
Шпицберген // Матер. Всеросс. конф. с междунар. участием «Северные территории
России: проблемы и перспективы развития» 23–26 июня 2008 г. Архангельск:
ИЭПС УрО РАН, 2008. С. 77–80.
102