Радиационная океанология и геоэкология прибрежного шельфа Баренцева и Белого морей. Биокосные взаимодействия в системе: донные отложения - вода-макроводоросли-микроорганизмы, их роль в ремедиации морской прибрежной экосистемы при радиационном и химическом загрязнении в условиях Арктики.

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-17-00243

НазваниеРадиационная океанология и геоэкология прибрежного шельфа Баренцева и Белого морей. Биокосные взаимодействия в системе: донные отложения - вода-макроводоросли-микроорганизмы, их роль в ремедиации морской прибрежной экосистемы при радиационном и химическом загрязнении в условиях Арктики.

Руководитель Воскобойников Григорий Михайлович, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Мурманский морской биологический институт Российской академии наук , Мурманская обл

Конкурс №68 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле; 07-520 - Экология океана

Ключевые слова радиоактивное, нефтяное загрязнение, прибрежные экосистемы арктических морей, биокосные взаимодействия: донный осадок, вода, макроводоросли, микроорганизмы, биоремедиация

Код ГРНТИ87.19.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Техногенный пресс, обусловленный новым этапом промышленного освоения морской и прибрежной Арктики, требует новых подходов к сохранению среды для устойчивого развития региона. Более всего влиянию радиоактивности, нефтепродуктов и химических загрязнителей подвергаются прибрежные фитоценозы – ключевой компонент прибрежных экосистем Баренцева моря и всех морей Арктики. Длительное загрязнение литоральной и сублиторальной зон снижает видовое разнообразие и ведет к катастрофической деградации экосистем и снижению продуктивности не только Баренцева моря, но и Норвежско-Баренцевоморского рыбопромыслового района в целом. Среди прочих факторов негативного воздействия наибольшие риски устойчивому развитию в современных направлениях хозяйственной деятельности в Арктике создают развитие ядерной инфраструктуры, нефтедобывающих, перегрузочных и перерабатывающих комплексов, развитие судоходства. Тем самым создается потенциальная угроза роста влияния радионуклидного и нефтяного загрязнения. Радиоактивное загрязнения Арктики, сложившееся в эпоху испытаний ядерного оружия и сбросов радиоактивных отходов, приобрело глобальный экологический масштаб в «ядерную эпоху». В «постядерную эпоху» происходит рост значимости вторичных источников загрязнения: сток крупных рек, переотложение донных осадков, инфраструктура атомного флота, покровные ледники, дрейфующие и паковые льды, ядерные инциденты и прочее. Циркуляция изотопов, поступивших в природную среду до настоящего времени определяет формирование современного радиационного фона в морях Северного Ледовитого океана. Большая часть имеющихся в литературе данных о влиянии радионуклидов, нефтепродуктов получена на одноклеточных организмах. Исследования по влиянию этих факторов на морские макроводоросли, о возможных механизмах адаптации водорослей к ним, потенциальной роли макрофитов в ремедиации от токсикантов весьма незначительны и выполнены, в том числе, авторами проекта. Эпифитные бактерии, обитающие на макрофитах и также участвующие в самоочищении морской среды, исследованы пока очень слабо. Актуальность вопросов изучения меняющегося экологического статуса прибрежья для решения фундаментальных вопросов функционирования морских систем в условиях антропогенного стресса лишь увеличивается при возрастающей ныне социальной и техногенной активности в Арктике, и в Баренцевом море, в частности. Внешние ландшафтные и внутренние океанографические различия ставят исследовательскую проблему сравнительных оценок радиационного статуса прибрежных биотопов и прибрежной зоны в целом. До настоящего времени системообразующая биокосная субстанция – морские донные отложения, оставалась за кругом углубленного исследования в связи с техническими трудностями изучения и интерпретации первичного материала. До настоящего времени остается неизвестным уровень устойчивости большинства видов водорослей-макрофитов к нефтепродуктам, зависимость толерантности от стадии онтогенеза водорослей и факторов внешней среды. Остаются гипотетичным механизм нейтрализации нефтепродуктов симбиотической ассоциацией водорослей и углеводородокисляющих бактерий, взаимоотношения микроорганизмов и радионуклидов. Актуальность данных исследований для устойчивого развития и практического использования при проектировании хозяйственной деятельности сохранится весь период социально-хозяйственной активности в Арктике. Цель проекта определить влияние современной радиоактивности морской среды (вода, донные отложения) и нефтепродуктов на сообщества прибрежных макрофитов, оценить возможную роль симбиотической ассоциации бактерий и макроводорослей в биоремедиации от нефтепродуктов и радионуклидов прибрежных акваторий арктических морей. Геохимический и геохронологический анализ слоёв донного осадка, данных натурных исследований морской среды и макрофитов позволят получить научно обоснованные представления о современном статусе прибрежья, источниках и процессах накопления техногенных радионуклидов в прибрежных донных отложениях «постъядерной эпохи», оценить воздействие радиационного состояния среды на динамику загрязнения индикаторных видов макрофитов в условиях естественных биотопов. Реализация проекта предполагает через решение ряда частных задач создать научные основы технологий очистки прибрежных арктических акваторий от нефтяного загрязнения, других токсикантов на основе симбиотической ассоциации водорослей и эпифитных микроорганизмов, в том числе в искусственно создаваемой санитарной водорослевой плантации (СВП).

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Пуговкин Д.В., Воскобойников Г.М., Метелькова Л.О., Олейник А.А., Салахов Д.О. Влияние дизельного топлива на количественные показатели диатомовых водорослей, динофлагеллят и инфузорий губы Зеленецкой Баренцева моря в условиях эксперимента НАУКА ЮГА РОССИИ, № 3, т. 18, с. 68-74 (год публикации - 2022)
10.7868/S25000640220308

2. Салахов Д.О., Пуговкин Д.В., Воскобойников Г.М. Влияние сырой нефти на развитие зигот и проростков зеленой водоросли Ulva lactuca (Ulvaceae) Баренцева моря Ботанический журнал, № 10, том 108, С. 17-23 (год публикации - 2023)
10.31857/S000681362310006X

3. Матишов Г.Г., Ильин Г.В., Усягина И.С., Моисеев Д.В., Валуйская Д.А. Радиоэкологическое состояние прибрежной зоны Кольского полуострова (по данным наблюдений в 2013-2020 годах) Метеорология и гидрология, № 4, С. 99-110 (год публикации - 2023)
10.52002/0130-2906-2023-4-99-110

4. Матишов Г.Г., Польшин В.В., Ильин Г.В., Усягина И.С. Донные отложения дельты Дона и содержание техногенных радионуклидов в них Наука юга России, № 3, Т. 19, С. 29-38 (год публикации - 2023)
10.7868/S25000640230305

5. Усягина И.С., Воскобойников Г.М., Пуговкин Д.В., Салахов Д.О., Ильин Г.В. Результаты экспериментальных исследований поглощения радиоизотопов 85Sr и 54Мn водорослями-макрофитами Баренцева моря Наука юга России, № 3, Т. 19, С. 56-63 (год публикации - 2023)
10.7868/S25000640230308

6. Усягина И.С., Мещеряков Н.И., Иванова Н.С. Предварительные результаты исследования хронологии осадконакопления в центральной впадине Баренцева моря Труды Кольского научного центра РАН, № 3, Т. 2, С. 95-102 (год публикации - 2023)
10.37614/2949-1185.2023.2.3.012

7. Панова Е.Г., Воскобойников Г.М., Матишов Г.Г. Редкоземельные элементы в фукусовых водорослях Баренцева моря Доклады Российской Академии наук, Т. 515, С. 490-493 (год публикации - 2024)

8. Мещеряков Н.И., Усягина И.С. , Ильин Г.В., Иванова Н.С. Датирование современной осадочной толщи краевых бассейнов Восточного Мурмана (Кольский полуостров) на примере губ Ярнышная и Зеленецкая Арктика: экология и экономика, Т. 14, № 3, С. 393-405. (год публикации - 2024)
10.25283/2223-4594-2024-3-393-405

9. Мещеряков Н.И., Усягина И.С., Намятов А.А., Токарев И.В. Stratigraphic Chronology and Mechanisms of Formation of Bottom Sediments at the Mouth of the Grondalen of Climatic Changes Stratigraphy and Geological Correlation, V. 32, № 5, P. 631-645 (год публикации - 2024)
10.1134/S0869593824700151

10. Рыжик И.В., Салахов Д.О., Макаров М.В., Меньшакова М.Ю. Анализ физиолого-биохимических показателей клеток Acrosiphonia arcta (DILLWYN) GAIN на ранней стадии формировании стресс-реакции под действием эмульсии дизельного топлива Морской биологический журнал, Т. 9, № 1, С. 86-97 (год публикации - 2024)

11. Воскобойников Г.М., Метелькова Л.О., Салахов Д.О., Кудрявцева Е.О. Способность к аккумуляции и трансформации дизельного топлива у зеленой водоросли Ulva lactuca Баренцева моря Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря (год публикации - 2024)

12. Ильин Г.В., Усягина И.С., Макаров М.В., Матишов Г.Г., Воскобойников Г.М., Салахов Д.О. Биосорбция техногенных радионуклидов баренцевоморской литоральной водорослью Fucus vesiculosus L. Арктика: экология и экономика , T. 14, № 4, С. 525-537 (год публикации - 2024)
10.25283/2223-4594-2024-4-525-537

Публикации

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В результате выполненных при реализации проекта работ дана обобщенная оценка состояния природной среды прибрежной зоны Кольского полуострова с использованием новых данных мониторинга воды, донных отложений, водорослей-макрофитов. Обработаны керны донных отложений в губах Мурманского прибрежья различного морфологического типа (фьорд, бухта), удалённых от локальных источников радионуклидов на побережье. Получен уникальный материал для характеристики динамичных процессов осадкообразования с помощью датировки осадочных слоев и изучения профилей удельной активности радионуклидов, захороненных в донном осадке, хронологических реконструкций радиационного загрязнения среды в «ядерную» и «пост ядерную» эпохи. Подтвержден низкий уровень концентрации техногенных радионуклидов в морской среде за пределами влияния локальных источников радиоактивности, в среднем 4±0,8 Бк/кг. Подтверждена закономерность снижения современных накоплений радионуклидов (на примере 137Сs) до величин < 0,2 Бк/кг. Кернами вскрыта толща осадков в губах возрастом 130±32 лет, 138±14 лет, 148±37 лет. С помощью радиоизотопного метода (избыточный 210Pb) вычислен возраст осадочных слоев и установлена хронология изменений литотипов. Смена литотипов происходит без резких изменений гранулометрических характеристик осадка. При сравнительной оценке особенностей осадконакопления в губах Кольского прибрежья и в прибрежье Шпицбергена (залив Грёнфьорд) выявлена общая закономерность: потепление Арктики значительно снижает роль ледового разноса в формировании современного литотипа (в 21 веке) и определяет замещение грубообломочного материала в отложениях мелкодисперсными фракциями. В профилях распределения радиоизотопов в толще донных отложений выявлены пики накопления техногенного 137Cs, характерные для «ядерной» и «пост-ядерной» эпохи. Следы радиоактивных выпадений «ядерной» эпохи 1945 – начала 950-х гг. обнаружены на горизонтах 16-24 см. Возраст слоев подтвержден по избыточному 210Pb. Радиоактивный след данного хронологического периода не сохраняется в шельфовых осадках Грёнфьорда, хотя кернами вскрыты более поздние отложения 19-го – начала 20-го вв. Последствия испытаний оружия на Новой Земле зафиксированы резким ростом удельной активности 137Cs слоях осадка 10-14 см в 1960-х гг. Пачки этих отложений отмечены в губах Кольского прибрежья и в губах Шпицбергена. Устойчивый рост радиоактивности, вызванный трансокеаническим переносом радионуклидов из Атлантики (химкомбинаты «Селлафилд» и «ла АГ»), отмечен максимумом активности 137Cs в осадочных слоях 8-4 см у Мурманского берега и 20-14 см – в Грёнфьорде, относящихся к 1970-м–1990-м гг. Выделен пик захоронений 137Cs после аварии ЧАЭС в 1986 г. Данный пик сохраняется в полузакрытых бухтах (по примеру губы Зеленецкая). Тенденция роста радиоактивного загрязнения осадка в отдаленных губах Кольского прибрежья, прекратилась в слоях выше 4-6 см, сформированных после 2016 г. В лабораторных экспериментах получены новые данные о роли макроводорослевых сообществ в геодинамике радионуклидов в прибрежной зоне. Проведена сравнительная оценка эффективности адсорбции техногенных радионуклидов разными видами массовых водорослей на примере Fucus vesiculosus, Fucus serratus и Palmaria palmata. Обобщены материалы ранее проведённых тестирований с расширенным спектром радиоизотопов при различной солёности воды. Выявлено, что адсорбция биофильных радионуклидов 65Zn и 60Co, как и 54Мn, происходит быстрее, чем дозообразующего изотопа 137Cs и 85Sr, а также изотопов нейтронно-активационного происхождения – 109Cd, 241Am, 152Eu. Максимальная скорость накопления изотопов водорослями наблюдалась в первые сутки эксперимента. В обменных процессах 60Co, 65Zn и 137Cs наступление динамического равновесия происходит соответственно после 3-х, 4-х и 8-ми суток экспозиции. Водорослями из раствора извлекается 25-36 % 137Cs, 83-89% 65Zn и 96-100% 60Co. Сравнительная оценка эффективности поглощения радионуклидов бурыми и красными водорослями не выявила статистически достоверных различий. В результате лабораторных экспериментов и натурных наблюдений показано, что в в литоральной зоне большинства губ Мурманского побережья уровень содержания нефтепродуктов при отсутствии постоянных источников загрязнения может колебаться в течении суток от 0,5 до 9 ПДК, что обусловлено водообменом. Выявлены постоянно загрязненные участки в южном колене Кольского залива в акватории Мурманской нефтебазы и Мурманского порта (причал № 6). Так, содержание НП в воде в районе причала № 6 колебалось от 120 до 2300 ПДК. Выявлено, что если в чистых акваториях губа Ярнышная на 1 м2 обнаруживается до 24 видов макроводорослей, то в загрязненных местах 4-5 видов. Все водоросли в загрязненных участках характеризуются отставанием в развитии, угнетенным состоянием по сравнению с водорослями из чистых мест обитания. Многолетние наблюдения в акватории Беломорской нефтебазы (Кандалакшский залив) продемонстрировали отсутствие восстановления видового разнообразия водорослей в литоральной зоне, после 2 лет прекращения функционирования источника загрязнения. Определены виды водорослей, наиболее устойчивые к нефтяному загрязнению и способные к трансформации нефтепродуктов: Fucus vesiculosus, Fucus distichus, PiJaella littoralis, Ulva lactuca, Acrosiphonia arcta. Данные свойства вместе с наличием устойчивости к другим абиотическим факторам определяют возможность использования этих видов в санитарной аквакультуре (плантации-биофильтр). Выполнены эксперименты, на сухих стерильных и нестерильных водорослях (стерилизация гамма-лучами): ламинария, фукус на предмет поглощения летнего дизельного топлива, внесенного в профильтрованную нестерильную морскую воду. Показано, что поглощение ДТ начинается ламинарией в первый час, пребывания в экспериментальной среде, а фукусом через 3 часа. Через 3 суток отмечено уменьшение содержание ДТ в присутствии ламинарии в среднем на 30%, а фукуса на 17%. Проведенные эксперименты показали перспективность использования сухих водорослей в качестве биосорбентов. Впервые в фукусовых водорослях Баренцева моря определено содержание редкоземельных элементов, которые являются геохимическими индикаторами изменения химизма окружающей среды при поступлении в нее нефти и радионуклидов. В целях развития исследований микробиологической компоненты симбиотической ассоциации макроводорослей и микроорганизмов, в частности, углеводородокисляющих бактерий (УОБ), создания коллекций последних, была разработана технология щадящего снятия бактерий с поверхности водорослей-макрофитов, имеющих пластинчатое строение. На данную технологию подана и зарегистрирована заявка на патент. Все запланированные исследования по проекту выполнены.

Публикации

Возможность практического использования результатов
Результаты исследований по влиянию нефти и нефтепродуктов на водоросли-макрофиты могут использоваться при ремедиации прибрежных акваторий от нефтяного загрязнения, патент (подана заявка) на способ снятия бактерий с поверхности водорослей в биотехнологии, создании коллекций