Ученые РАН обсудили вопросы сохранения окружающей среды
13 февраля 2024 г.
6 февраля в Москве в здании Президиума РАН состоялись «Лавёровские чтения – 2025», в рамках которых прозвучал ряд докладов на тему решения проблем сохранения окружающей среды в контексте научно-технологического развития России.
Конференцию открыл академик-секретарь ОНЗ РАН академик РАН Н. С. Бортников. Он почтил память академика РАН Н. П. Лавёрова, который, в частности, занимался исследованием урановых месторождений и внес огромный вклад в развитие атомной промышленности нашей страны. Н. П. Лавёров выявил новый тип урановых месторождений, закономерности их распространения, и это позволило открывать новые месторождения на территории СССР. Николай Павлович внес огромный вклад в утилизацию урановых отходов. Так, он предложил идею о том, что лучший способ захоронения радиоактивных отходов – это геологическая среда. Отметив достижения Н. П. Лавёрова, Н. С. Бортников пожелал докладчикам успешной работы.
С приветственным словом к участникам обратился вице-президент РАН академик РАН С. М. Алдошин. Он отметил, что «широта научных познаний Николая Павловича была такой, что можно будет еще многие годы проводить "Лавёровские чтения" по многим вопросам, с которыми он тем или иным образом был связан». Прозвучало приветственное письмо заместителя министра науки и высшего образования России Д. С. Секиринского.
С приветствием и первым докладом «Развитие ядерной энергетики и обращение с ядерными отходами» выступил вице-президент РАН академик РАН С. Н. Калмыков.
Он отметил, что ядерная энергетика – одна из областей, в который Россия является лидером. Атомная энергия является вторым по объемам низкоуглеродным источником энергии (около 30%), без которого не может обойтись экономика. Этим обусловлена актуальность проблемы радиоактивных отходов. С. Н. Калмыков сообщил о том, что в мире накоплено более 300 тысяч тонн отработанного ядерного топлива, при этом переработано всего около 100 тысяч тонн. Ежегодно из реакторов выгружается около 10 тонн отработанного ядерного топлива. В России накоплено более 24 тысяч тонн, и каждый год к этой цифре добавляется еще 650 тонн.
С. Н. Калмыков рассказал о требованиях к энергосистемам четвертого поколения: это повышенная безопасность, высокая экономичность, минимизация отходов, нераспространение делящихся материалов и неограниченность ресурсной базы – добыча урана и его интеграция в топливный цикл. Эффективным методом переработки отработанного ядерного топлива является замыкание топливного цикла, при котором из выделяемых веществ должно производиться топливо.
Вице-президент РАН сообщил о технологии, которая сейчас прорабатывается и является реализуемой, – двухкомпонентной атомной энергетике, при которой реакторы на тепловых нейтронах дополняются реакторами на быстрых нейтронах, что расширяет возможности использования сырья. Вещества, которые нарабатываются в реакторах на тепловых нейтронах, становятся сырьем для использования в реакторах на быстрых нейтронах. Это дает возможность утилизировать обедненный уран, природный уран, плутоний.
Двухкомпонентная переработка является перспективным сценарием сокращения объемов высокоактивных отходов: прямое захоронение в глубинном хранилище отработанного ядерного топлива подразумевает хранение более 300 тысяч лет, переработка без быстрых реакторов – 10 тысяч лет, двухкомпонентная переработка с фракционированием – 300 лет.
С. Н. Калмыков рассказал о фракционировании радиоактивных отходов, о мировых и отечественных практиках и разработках, а также о программе научно-технологического обеспечения работ по обоснованию выбора барьерных глинистых материалов.
Член корреспондент РАН С. В. Юдинцев (Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН) представил доклад «Геоэкологические проблемы ядерной энергетики».
По словам докладчика, устойчивое и безопасное развитие ядерной энергетики зависит от решения двух геологических задач: обеспечения ресурсами, в первую очередь ураном, и долгосрочной изоляции высокоактивных отходов.
Автор отметил остроту проблемы обеспеченности ураном. Предполагается, что к 2040-м годам вклад атомных станций в общую электрогенерацию в России достигнет 24–25%. Для реакторов необходимы 10–12 тысяч т урана в год, при этом в России добывается около 3000 т урана в год, на совместных предприятиях с Казахстаном – 4500 т. Сырьевая база в России – примерно 500 тысяч т. Уран в нашей стране является одним из важнейших дефицитных сырьевых ресурсов.
Одна из геологических проблем связана с разработкой урановых месторождений. Выщелачивание считается экологически безопасным и экономичным способом добычи урана, пригодным для месторождений песчаникового типа. В России таким методом добывается только 34% урана (66% приходится на шахтный способ).
Дефицит урана можно ликвидировать за счет уменьшения содержания 235U в деплетированном уране, переработки отработавшего ядерного топлива и повторного его использования, задействования в системе энергетического топливного цикла реакторов на быстрых нейтронах. Для того, чтобы уменьшить радиотоксичность образующихся высокоактивных ядерных отходов, нужно фракционировать наиболее опасные элементы.
Проблема обращения с высокоактивными ядерными отходами имеет несколько решений: первое – это снижение опасности актинидов за счет их выделения и трансмутации, второе – сепарация радионуклидов и изоляция в недрах. Докладчик рассказал об исследованиях, направленных на обоснование способов экологически безопасного захоронения радиоактивных отходов в геологической среде. В рамках этих исследований проводятся поиск и изучение минералоподобных матриц отходов – это «синтетический аналог минералов», в который можно было бы безопасно включить долгоживущие актиниды.
Член-корреспондент РАН В. Н. Татаринов (Геофизический центр РАН) представил доклад «Захоронение высокоактивных радиоактивных отходов в геологических формациях: проблемы и пути решения».
Только по данным на 2016 год в России были накоплены радиоактивные отходы активностью примерно 5,9х109 Кюри объемом более 558 млн м3 в 44 регионах. «Естественно, что они представляют огромную опасность как для населения нашей страны, так и для окружающей среды», – подчеркнул докладчик.
В. Н. Татаринов сообщил, что единственный осуществимый способ удаления высокоактивных радиоактивных отходов – это их захоронение в геологические формации. Такая технология является приемлемым в техническом и экономическом отношениях решением по замыканию ядерного топливного цикла, минимизирует опасность для населения, исключает распространение радиоактивных отходов и снимает бремя хранения накопленных радиоактивных отходов с будущих поколений.
В 1992 году в России было принято решение о создании Межведомственной комиссии по проблеме геологического обеспечения безопасного захоронения радиоактивных отходов, которую возглавил вице-президент РАН академик РАН Н. П. Лавёров. Развернулась работа по выбору площадок. В 2016 году Ростехнадзор выдал лицензию на размещение на участке «Енисейский» в Красноярском крае пункта глубинного захоронения радиоактивных отходов и сооружение подземной исследовательской лаборатории. Последняя должна служить детальному изучению геосреды, вмещающей радиоактивные отходы.
В. Н. Татаринов поделился опытом зарубежных исследований в данном направлении, в частности, историей успешного создания подземной исследовательской лаборатории Бэйшань в Китае, а также затронул вопрос строительства подземной исследовательской лаборатории в Красноярском крае.
Докладчик остановился на проблемах захоронения высокоактивных радиоактивных отходов в геологических формациях. Были отмечены такие трудности, как отсутствие единой схемы тектонических разломов с выявлением степени их активности и отсутствие определения понятия «активный разлом» для ряда объектов.
В. Н. Татаринов продемонстрировал тектонику ближней зоны подземной лаборатории и участка Енисейский, доложил об изучении современных движений земной коры средствами ГНСС и оценке точности ГНСС-метода, познакомил аудиторию с устройством оптимизированного под задачи подземной лаборатории геодинамического полигона и многим другим.
Исследователем было предложено активизировать работы по научно-методическому и нормативному обеспечению исследований на объектах с длительными и сверхдлительными сроками эксплуатации, включая объекты хранения и захоронения высокоактивных радиоактивных отходов, обладающих уникальными геологическими особенностями и имеющих принципиальные отличия от традиционных подземных объектов.
Доклад «Гидрогеологические исследования в связи с обоснованием безопасности пунктов захоронения радиоактивных отходов в геологических формациях» представил член-корреспондент РАН В. Г. Румынин в соавторстве с к.г.-м.н. А. М. Никуленковым (Санкт-Петербургское отделение Института геоэкологии имени Е. М. Сергеева РАН).
В. Г. Румынин рассказал об источниках радионуклидов и основных носителях радионуклидов в окружающей среде – подземных водах и поверхностном стоке, сообщил о том, что получено нового в научном знании о миграции радионуклидов в подземных водах.
Исследования позволили докладчику утверждать, что наблюдаемое поведение радионуклидов в водоносных толщах часто не укладывается в традиционные представления подземной гидродинамики и гидрогеохимии. Еще одной ключевой идеей стало то, что наблюдения за ореолами радиоактивного загрязнения водоносных горизонтов, сформировавшихся за более чем полувековой период, поддержанные экспериментами, могут определить прогресс в развитии подземной гидродинамики на ближайшие десятилетия. Такого рода анализ и научные разработки позволяют повысить эффективность и надежность обоснования безопасности пунктов захоронения радиоактивных отходов в геологических формациях.
В. Г. Румынин рассказал об исследованиях свойств вендских глин, благодаря которым выяснилось, что они обладают достаточными барьерными свойствами. Так, по результатам изучения вендских глин в Сосновом бору было определено оптимальное место расположения подземного захоронения радиоактивных отходов, также была обоснована долговременная безопасность подземного захоронения при запроектных сценариях его эксплуатации. Проект создания подземного захоронения был приостановлен по причинам экономической нерентабельности и противодействия общественности.
Докладчик рассказал также о пункте глубинного захоронения в трещиноватых гнейсах Красноярского края. Исследования там ведутся в нескольких направлениях: это изучение гидрогеологических условий, параметров миграции радионуклидов в массиве и водного баланса участка, проводится мониторинг состояния геологической среды.
В. Г. Румынин представил выводы на основе исследований, проведенных на участке «Енисейский». Рассмотренные среды (глины и трещиноватые гнейсы) и связанные с ними участки являются перспективными для изоляции радиоактивных отходов. В то же время для трещиноватого массива остается большое поле для дальнейшего исследования, поскольку изучаемая среда отличается высокой степенью гетерогенности и плохо поддается детерминированному описанию, поэтому особую значимость приобретают вероятностные и стохастические модели. Сочетание различных механизмов геомиграции и структурных особенностей породы не исключает формирование путей быстрого транспорта радионуклидов, что требует корректировки моделей, исходящих из концепции сплошной среды. Для снятия неопределенности в определении зон разгрузки подземных вод и детализации структуры их потоков докладчик рекомендовал расширение сети скважин мониторинга на интервал захоронения радиоактивных отходов и бассейны стока малых рек.
Член-корреспондент РАН В. И. Данилов-Данильян (Институт водных проблем РАН) выступил с докладом «Разлив мазута в Керченском проливе: причины, последствия, уроки».
15 декабря 2024 года во время шторма два судна класса «Волгонефть», перевозившие 9,2 тысяч т мазута, потерпели крушение в Керченском проливе. Первоначально экологи предполагали, что вытекло около 3–4 тысяч тонн из перевозимых 9,2 тысяч. К концу января с затонувшего судна «Волгонефть-239» удалось извлечь только 1,5 тысячи тонн мазута. По оценкам, еще около 5 тысяч т мазута на тот момент оставалось в море. 17 декабря в Анапе и некоторых других прибрежных населенных пунктах Краснодарского края был введен режим чрезвычайной ситуации, 26 декабря его уровень был поднят до федерального. Мазутное загрязнение в течение последующих четырех недель затронуло берега Крыма и проникло в Азовское море.
В. И. Данилов-Данильян рассказал о крушении в 2007 году танкера «Волгонефть-139» и других прецедентах, о распространении загрязнения и моделировании распространения нефтепродуктов в акватории Черного моря. Он дал высокую оценку работе волонтеров и познакомил слушателей с текущей ситуацией.
На 1 января 2025 года сотрудниками МЧС было обследовано 56 км территории побережья Кубани. Общими усилиями волонтеры и специалисты из МЧС собрали и вывезли 71383 т песка и грунта, загрязненных мазутом. Кроме того, 1 января были проведены водолазные работы возле судов «Волганефть-212» и «Волганефть-239». «Выхода нефтепродуктов не обнаружено», – заявили в МЧС. «Там добавили, что 82 человека и 40 единиц техники работают в Крыму, обследовали 1309 км береговой линии, собрали и вывезли 226 т загрязненного песка и грунта», – отметил В. И. Данилов-Данильян.
2 февраля волонтеры провели обследование акватории нескольких участков в районе Анапы. Обнаружилось, что на дне моря, примерно в 300–350 метрах от берега, присутствует мазут. Значительное его содержание было выявлено на дне как в открытом виде, так и под слоем песка. Анализ проб, взятых на пляже в Анапе, показал 0,45 мг/кг бензопирена при нормативе бензопирена в почве 0,02 мг/кг в сумме с фоновым уровнем.
С докладом «Гидрогеохимия речных бассейнов: теоретические и экспериментальные основы, мониторинг и оценка экологического состояния» выступили академик РАН Н. С. Касимов и д.г.н., профессор С. Р. Чалов (МГУ им. М. В. Ломоносова).
Н. С. Касимов рассказал об исследованиях, которые он проводит совместно с С. Р. Чаловым. Их важной особенностью является то, что изучаются как растворенные, так и взвешенные формы вещества. В частности, проводится бассейновый анализ – детальное изучение факторов окружающей среды и миграции химических элементов. Изучены устья крупных рек Евразии, таких как Волга и Дон.
Докладчики осветили исследования, затрагивающие такие вопросы, как «региональные гидрокларки» химических элементов и формы миграции химических элементов. В результате таких работ, в частности, выяснилось, что Обь достаточно сильно загрязнена рядом элементов, таких как мышьяк, кадмий или сурьма. Изучение антропогенного воздействия было продемонстрировано на примере Москвы-реки.
Н. С. Касимов рассказал о применении DS анализа на примере изучения бассейна Селенги и дельты Волги. Исследователями была подтверждена гидрохимическая систематика химических элементов в речных водах, подразумевающая разделение элементов на три группы: S-элементы (литофильные элементы, элементы-гидролизаты), D-элементы (анионогенные металлоиды, Ca, Ba, Sr), а также тяжелые металлы и комплексообразователи.
О потоках элементов в речных бассейнах и о гидрогеохимии речных дельт рассказал С. Р. Чалов. Он представил технологии пространственного анализа, которые позволили развить мониторинговое направление, связанное с бассейновым анализом: это геоинформационные базы данных, спутниковые технологии и моделирование.
В частности, докладчик сообщил, что благодаря современному инструментарию была получена новая картина, касающаяся сопоставления материкового стока и процессов, связанных с поступлением и формированием вещественных потоков в речных бассейнах. С. Р. Чалов рассказал и о проведении уникального мониторинга с масштабным пробоотбором в устьевых створах крупнейших арктических рек, который позволил определить объемы выноса элементов в арктические моря.
С. Р. Чалов обратился к теме гидрогеохимии речных дельт. Докладчик отметил, что ускорение увеличения температур определяет интенсивность разрушения береговой линии в дельтах; скорости разрушений мерзлотных берегов в 2000–2021 годах увеличились на 95% по сравнению с 1964–2000 годами.
Член-корреспондент РАН Т. И. Моисеенко (Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН) выступила с докладом «Последствия техногенного воздействия на воды суши: от глобальных процессов до региональных проявлений в условиях изменяющегося климата».
Т. И. Моисеенко рассказала об исследованиях влияния биосферных и региональных процессов на воды суши. Малые озера, не испытывающие прямого антропогенного влияния, рассматривались в качестве индикаторов изменений, происходящих в современной биосфере. Воды арктической зоны наиболее подвержены воздействию тех или иных процессов в силу высокой уязвимости их экосистем. Автор доклада рассказала о проведении исследования более сотни озер на Кольском Севере с использованием современных аналитических измерений, гармонизированных с международными институтами. На основе данного подхода были изучены и озера в широтной географической зональности на европейской территории России и в Западной Сибири. Это позволило разработать многопараметрическую модель, которая показала, что будет при потеплении на 0,5–2 градуса. К примеру, выяснилось, что в степных регионах очень сильно увеличится минерализация.
Т. И. Моисеенко сообщила о ряде исследований, проводимых учеными ГЕОХИ РАН. В частности, было изучено озеро Имандра, которое с 1930-х годов загрязнялось сточными водами. По мнению докладчика, в условиях снижения загрязнения и потепления климата произошла необратимая модификация озера. Из сигово-гольцового озера с наличием озерной кумжи водоем трансформировался в сигово-корюшковый с наличием озерного окуня. Появились интродуценты в экосистеме, не свойственные северо-арктическому комплексу фауны. Возросла роль малых форм в сообществах, таких как фито- и зоопланктон. Вновь сформированные сообщества приобрели стабильность в условиях более высокого притока биогенных элементов и их включения в биогеохимические циклы озера.
Исследовательница отметила ряд ключевых процессов, которые происходят в водах суши под влиянием снижения загрязнения и потепления климата. К примеру, возрастает содержание органического вещества и биогенных элементов в водах суши, что приводит к сокращению олиготрофных озер и ухудшению качества вод. Повышается минерализация вод. Повышается кислотонейтрализующая способность вод озер в уязвимых озерах. Повышается вклад нитратов и хлоридов в процессы закисления вод и т. д.
Т. И. Моисеенко подняла вопрос о том, возможно ли и надо ли стремиться восстанавливать водные системы к природным показателям в условиях изменения окружающей среды. Утверждается, что по отношению к водным системам целью должно стать сохранение высокого качества вод и ценной биопродуктивности в пределах климатической зоны.
Член-корреспондент РАН А. А. Романовская (Институт глобального климата и экологии РАН) сделала сообщение на тему «Антропогенные потоки парниковых газов на территории России».
Автор доклада утверждает, что разработка национальных коэффициентов пересчета экономических и экосистемных показателей в выбросы и их использование (взамен типовых международных) позволило уточнить значения нетто-выбросов парниковых газов – суммы выбросов и поглощений парниковых газов. В реальности нетто-выбросы в России оказались на 32% ниже, чем считалось ранее. Основной вклад в изменение оценок внесли пересчеты по нетто-поглощению в лесах.
В последние 10–12 лет в стране нарастает модернизация производств и внедрение низкоуглеродных технологий. Методологические усовершенствования ведут к повышению «чувствительности» кадастра к результатам этого процесса, что делает кадастр эффективным инструментом в реализации политики в области декарбонизации экономики. А. А. Романовская считает, что продолжение работы по уточнению оценок антропогенных потоков парниковых газов необходимо во всех секторах.
Доклад на тему «Биогеохимическая трансформация органического вещества в системе "растения-торфообразователи – торфяная залежь"» представила д.б.н., профессор РАН Е. А. Головацкая (соавторы: Л. Г. Никонова, Г. В. Симонова, Д. А. Калашникова; Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН).
Автор доклада напомнил о важной роли болотных экосистем, от сохранения биологического разнообразия до участия в процессах регулирования климата. В России территория болот достаточно обширна, в Западной Сибири степень заболоченности достигает от 30 до 70%. Процесс накопления углерода в торфе преобладает над процессом его выделения в результате разложения органического вещества, что обуславливает постоянный рост и развитие болот. Разложение опада является источником одного из основных потоков углерода в атмосферу, а также приводит к изменению концентрации других химических элементов в экосистемах. В связи с изменением климата и возрастанием уровня антропогенного воздействия на экосистемы изучение процессов трансформации органического вещества приобретает большое значение. Исследования изотопного состава углерода и азота растительных остатков в процессе разложения могут помочь выявить особенности эволюции болотных экосистем, которые не проявляются при исследованиях непосредственно торфяных залежей.
Е. А. Головацкая представила работу, цель которой заключалась в исследовании особенностей процесса биогеохимической трансформации органического вещества растений-торфообразователей в процессе разложения опада в торфяной почве сосново-кустарничково-сфагнового фитоценоза. Была проведена оценка изменения химического состава растений-торфообразователей в процессе трансформации; оценена вариабельность значений изотопного состава углерода и азота в процессе преобразования органического вещества в системе «растения – торфообразователи – торф – торфяная залежь»; оценено содержание тяжелых металлов и их динамика. Исследование было проведено в Бакчарском районе Томской области.
Выяснилось, что изотопный состав углерода и азота начинает изменяться уже на начальных этапах разложения. К концу эксперимента наблюдалось обогащение тяжелым изотопом δ13С – Е. vaginatum (на 1,3‰) и обеднение – S. fuscum (на 1‰). При дальнейшей трансформации в торфе (до глубины 20 см) эти процессы продолжаются, в более глубоких слоях изотопный состав связан с ботаническим составом торфа и условиями периода торфонакопления. Выявлена общая закономерность динамики изотопного состава азота для S. fuscum и для E. vaginatum в зависимости от условий эксперимента: к концу эксперимента наблюдалось увеличение δ15N в условиях Осушенного ряма и Гари и уменьшение на Естественном и Восстановленном рямах. Были выявлены зависимости между потерями массы органического вещества, отношением углерода и азота и изотопным составом углерода и азота. Выяснилось, что на изотопный состав углерода в растительных остатках оказывает влияние температура торфяной залежи.
Также была исследована динамика содержания тяжелых металлов в процессе разложения сфагнума на осушенных и постпирогенных участках олиготрофных болот.
Д.г.-м.н. Е. А. Вознесенский (Институт геоэкологии им. Е. М. Сергеева РАН) представил доклад на тему «Массивы грунтов как жизнеобеспечивающий ресурс общества».
Массив грунтов – часть земной коры, находящаяся в сфере воздействия объекта инженерно-хозяйственной деятельности и исследуемая с целью его проектирования и последующей эксплуатации. Именно массивы грунтов в значительной мере берут на себя реализацию экологических функций литосферы. Массивы грунтов – это и геохимические барьеры нашей среды обитания. Массивы отвечают за то, чтобы захороненные или образованы при трансформации исходных веществ токсические элементы и соединения не могли нанести вред биоте.
Е. А. Вознесенский утверждает, что сохранение среды обитания человека и других организмов невозможно без рационального использования ресурсов геологического пространства. Через техногенез массивов грунтов человек предвидимым или непредвидимым образом воздействует на среду своего обитания, изменяя состав, строение и состояние массивов грунтов.
Автор доклада указал на то, что основные дефициты ресурса геологического пространства проявляются в недостатке территории, в дефиците объемов грунтовых толщ и в недостаточности естественных барьерных свойств массивов грунтов при постоянном возрастании техногенной нагрузки. Перспективными путями для преодоления этих дефицитов представляются барьерные технологии использования геологического пространства для локализации или иммобилизации все возрастающих объемов опасных отходов деятельности цивилизации; технологии целенаправленного преобразования строения и свойств неоднородных массивов грунтов для оптимизации их использования; технологии применения природных глинистых материалов для повышения эффективности элементов геологического пространства как геохимических барьеров безопасности. Важное условие развития этих технологий заключается в понимании природы поведения массивов грунтов с учетом пространственной неоднородности их строения и свойств.
Материал: Татьяна Кудрявцева.
Метки: Лавёровские чтения, экология, геология