Подводни еко експедиции - морска химия и радиоекология 

Проект Морска химия – 1978 г.

През 1978 година е поставено началото на проект „Морска химия“, реализиран под научното ръководство на проф. Симеон Попов от Център по фитохимия – БАН и доцент Стоице Андреев от Националния природонаучен музей при Българска академия на науките. Подводните дейности и събирането на морски проби бе извършвано от Групата за подводни изследвания при НЕК ЮНЕСКО, ръководена от професор Александър Стрезов от ИЯИЯЕ-БАН. Експедициите протекоха през периода 1978 -1998 год. като проби се събираха по цялото Черноморско крайбрежие – главно морски гъби, водорасли, медузи, асцидии, рапани и миди. В първите години активно участваше и директорът на Института по океанология при БАН проф. Асен Консулов 

МОРСКА РАДИОЕКОЛОГИЯ В ЧЕРНО МОРЕ 

След провежданите опити с ядрено оръжие през 50 и 60 години на 20 век и особено сред аварията с Чернобилската АЕЦ през 1986 год. в околната среда постъпиха значителни количества радионуклиди и продукти на деление, които директно от атмосферата и чрез реките Дунав, Днепър и Днестър попаднаха в Черно море.

В следващите години започна намаляване на количеството радионуклиди (остана главно цезий) в Черно море, но те започнаха да се концентрират в дънните утайки, да се натрупват в някои водорасли и дънни риби и следователно поеха по хранителната верига към биосферата и човека.

В ИЯИЯЕ – БАН бе създадена дългосрочна програма 1991 – 2010 г. за мониторинг на опасни радионуклиди в околната среда чрез измерване количеството и вида на техногенните, както и естествените радионуклиди, за да се определи натрупването на контаминиращите нуклиди в дънни утайки, водорасли и миди.

Познаването на количеството и поведението на различните радионуклиди, както и скоростите им на миграции в почвата, водните басейни, реките и моретата е важно за изследване на биологичните ефекти и увреждащите фактори при аварии на ядрени централи, при съхранение на високо радиоактивни отпадъци (отработено ядрено гориво) и свързани с изпускане на нуклиди в околната среда. Това служи за създаване база данни за моделиране на тези процеси и предсказване на риска и дозовото натоварване на населението и необходимите мерки за осигуряване на неговата защита.

Ако натрупването на металите във водораслите става по йонообменен път, при определени условия може да се наблюдава конкуренция при заемане на местата или при заместване на йоните. При смесване на прясна (от вливащите се реки) със солена вода, металите могат да се отложат в седименти или да се адсорбират в клетките на фитопланктона. Наличието на някои комплексообразуватели също може рязко да промени съдържанието им във водата. Много микроелементи от групата на тежките и преходните метали се сорбират на неразтворими хидролизни продукти на желязото и по такъв начин се включват в метаболитните процеси на хидробионтите. Под форма на комплексни химически съединения  микроелементите участват в обмена на нуклеинови киселини, белтъците и въглеводородите. Важна роля при синтеза на ензимите играят елементите Fe, Mo, Co и др. Сравнително малко подвижни и равномерно разпределени в природните обекти са елементите Ni и Co. Те притежават висока биологична активност и са канцерогенни. Отделят се от морската вода в резултат на свързване с оксиди и хидроксиди на елементите Fe и Mn. Поведението на Pb  и As е сложно поради влизането сравнително лесно в химични взаимодействия с макрокомпонентите на водите и образуване на малко разтворими съединения.

Мониторнингът на замърсяване на морската среда се развива в следните направления:

·     диагностичен мониторинг, включващ събиране на данни за замърсяването на хидробионтите в избран район за определен период от време

·     прогностичен мониторинг, в рамките на който се осъществяват всички експериментални изследвания в лабораторни и полеви условия

В системата на биологичния мониторинг на замърсяването на морската среда трябва да се използуват групи организми, които реагират не само на нивото на замърсяване и факторите, които предизвикват изменение на средата, а и да отразяват наличието или липсата на специфично замърсяване. Организмите - индикатори се използват за идентификация на промените в околната среда, обусловени от смесени замърсявания.Те са полезни при установяване наличието на замърсяване в определени райони, но не показват какъв е размерът на това замърсяване. Организмите - монитори се използват за количествено определяне на относителното ниво на замърсяване на морската среда по пътя на измерване на концентрациите на замърсяващите вещества в тъканите им. По този начин може да се оцени влиянието на наличните в морската вода метали върху хидробионтите в даден  район.

Значителните вариации в концентрациите на метали, определени в проби от различни райони, зависят много от промените в условията на средата и преди всичко от сезона, солеността, дълбочината на пробовзимане, наличието на промишлени източници на замърсяване, приливно-отливните процеси, теченията и др. Концентрацията на металите се мени в широк диапазон според амплитудите на промяна на тези параметри. Например понижаването солеността на водата води до нарастване на коефициента на натрупване на радиоактивни вещества. Водораслите извличат и натрупват металите, разтворени във водата и практически не реагират с металите, свързани с частиците. Това означава постъпване на металните йони във фитопланктона за сметка на процесите на адсорбция и дифузия.

Усилената дейност по изпълнение на програмата за мониторинг на радионукриди и тежки метали в Черно море доведе до следните вежни етапи:

1. Съставена е мрежа от референтни точки по Българския Черноморски бряг от Дуранкулак до Синеморец.

2. Взети са проби от дънни утайки и водорасли от всяка една от реферетните точки в равновесие с водната фаза.

3. Пробите са подготвени за гама спектрометричен анализ, атомно-абсорбционен и рентгено-флуоресцентен анализ чрез изсушаване, стриване, пресяване и затваряне в контейнери Маринели за измерване.

4. Измерени са всички проби от дънни утайки и тези от течната фаза в равновесие с твърдата.

5. Получените данни от анализите бяха обработени, анализирани и обобщени посредством статистическа програма и кластерен анализ.

6. Получените данни за съдържание на техногенните естествените нуклиди са систематизирани и е положено начало за база данни за натрупването на тези нуклиди в Черноморски дънни утайки.

Радиоекологични проучвания на българското Черноморие

Радиоекологичните проучвания на цялото българско крайбрежие на Черно море бяха започнати в 1991 г. в Института за ядени изследвания и ядрена енергетика (ИЯИЯЕ) – БАН под ръководството на професор Александър Стрезов.

Бяха разработени, развити и приложени подходящи процедури, за събиране, обработка и измерване на пробите. Пробите бяха взети от морския шелф на дълбочина 5-20 метра за седименти и при разстояние от 200 до 1000 метра от бреговата линията, за да се избегне директното влияние на прибоя. Спазени бяха всички изисквания, обезпечаващи запазване чистотата на пробите в процесите на пробовземане, съхранение и подготовка за анализ.

Пробовземането на морски утайки бе провеждано в периода 1991-2005 год. като над 800 проби бяха събрани два или три пъти годишно (обикновено пролет, лято и есен) от 50 референтни места за пробовземане от северната българска граница с Румъния – Дуранкулак до южната с Турция – Резово, най-южната част от българското крайбрежие на Черно море.

За правилно покриване на българското крайбрежие бе създадена мрежа от референтни точки покриваща цялата българска крайбрежна зона. За правилно изследване на акваторията бе създадена, тествана и утвърдена подходяща методика за вземане на дънни морски проби от дълбочина 7-20 м, като по този начин се избегна директното влияние на прибоя.

Технология на пробовземането

Пробите са взети от най-горния слой на дънните утайки, събирани приблизително от един квадратен метър (1 m2) от дъното, даващо около 2-3 килограма от твърда фаза плюс няколко литра на водната фаза. Дълбочината на слоя на пробите бе около 2-3 см, за да оценява съдържанието на радионуклиди на повърхността на морското дъно в съответния сезон. Събирането на проби беше извършено от опитни водолази, които внимателно избираха мястото на пробата, за да се минимизират разликите в размера на частиците, дълбочина и разстояние от брега. Така взетата проба прави сравнението на дънните проби от морето през различните сезони с по-голямо ниво на достоверност, надеждност и точност. Проби от седименти също бяха взимани, анализирани и за основните градове и населени места, курортите по Черно море – Албена, Златни пясъци, Слънчев бряг и т.н. Приносът на реките, влизащи се в Черно море, също беше изследван за съдържание на радиоактивни изотопи, като проби бяха взимани от естуарите на реките и бяха сравнявани с проби от вътрешните части на същите реки.

Всички проби от утайки бяха приготвени за измерване според препоръчаните IAEA процедури (IAEA-TC 295, Виена 1989). Лабораторните проби от седименти бяха изсушени при 105OC до постоянно тегло, стрити, хомогенизирани и съхранявани в херметични пластмасови съдове.

Бяха взети за анализ на проби пет вида водорасли от морския бряг на Черно море. Преди изследването първоначално се започваше с промиване с чиста морска вода за отстраняване повърхностни замърсители, полепнали частици и епифити. След това водораслите се изсушават и транспортират до лабораторията. Пробите се смилат в мелачка, стриват се в ахатов хаван на прах, сушат се до постоянно тегло (80°С) и съхраняват в херметични пластмасови банки.

Миди също бяха събирани, като бяха взимани от дълбочина 2-10 m и на разстояние от брега 50-100 м. Мидената проба представлява около 23 килограма миди и морска вода, като материалът се поставя на мястото на пробовземане в полиетиленови контейнери (бочки). Те се замразяват и се транспортират до лабораторията. След размразяване на мидите се отделя меката тъкан, която се лиофилизира с помощта на лиофилизатор “LABCONCO” (USA). Лиофилизираните проби се съхраняват в херметични пластмасови банки до провеждане на необходимите анализи.

За изследване съдържанието на радионуклиди и тежки метали бяха приложени съвременни ядрено-физични методи – гама-спектрометричен анализ, рентгено-флуоресцентен анализ, атомно-абсорбционен анализ, пламъкова фотометрия и др. Основните резултати от анализа бяха:

1. Проведени са изследвания на екологичното състояние на морските екосистеми в 35 района по българското крайбрежие и са получени резултати за над 800 проби от седименти, водорасли (15 района) и миди (3 района) през периода 1991-2005 г;

2. За първи път е създадена, оптимизирана и усъвършенствана подробна мрежа от 50 референтни точки по цялото българско крайбрежие на Черно море от северната граница c Румъния (Дуранкулак) до южната граница с Турция (Резово);

3. Установено е съдържанието на техногенни, естествени радионуклиди и микроелементи и концентрационните им интервали от различни райони на българската акватория на Черно море в:

·       три типа седименти – пясъчни, шихти и тинести;

·       петнадесет вида макрофити от трите основни типа – червени, зелени и кафяви;

·       миди от вида черна мида – Mytilus galloprovincialis.

4. Определени са съотношенията на техногенните нуклиди 137Cs и 134Cs, чрез които е установено количеството на Cs в седиментите, дължащо се на Чернобилската авария;

5. Измерени са концентрациите на техногенни и естествени радионуклиди в дълбоководни седименти – 30, 150, 300 и 2020 метра от дъното на Черно море;

6. Определени са след радиохимично разделяне концентрациите на естествени нуклиди – изотопите на урана (238U, 235U, 234U), тория (232Th, 230Th,228Th, 227Th,), радий (226Ra), олово (210Pb) и полоний (210Po) в седименти и водорасли от три референтни точки от Черноморското крайбрежие чрез алфа спектроскопия;

7. Определени са след радиохимично разделяне концентрациите на изотопите на плутоний (238Pu, 230+240Pu, 241Pu) в седименти и водорасли от три референтни точки от крайбрежието чрез алфа спектроскопия;

8. Направена е оценка на акумулационната способност на анализираните видове макрофити спрямо радионуклиди и микроелементи.