Вода жизненно важна для обеспечения продовольственной безопасности, здоровья людей и экономического развития. Однако по мере роста численности населения и усиления климатических изменений загрязнение возрастает по всему круговороту воды.

Загрязняющие воду вещества встречаются во многих формах, которые часто бывают незаметны. Удобрения, пластик, сточные воды, фармацевтические препараты, гормоны, промышленные химикаты, нефтехимия, тяжелые металлы и стоки горнодобывающей промышленности — среди самых распространенных.

Одним из главных препятствий для стран, стремящихся улучшить качество воды, является отсутствие данных об их водных ресурсах. Ядерные и изотопные методы могут помочь нам понять, откуда берется загрязнение воды, и предложить научно обоснованные решения для смягчения этой проблемы.

Проблема азота

Азот является одним из основных источников загрязнения воды, которое может иметь серьезные последствия для здоровья человека и окружающей среды. Основными источниками загрязнения азотом являются удобрения, сточные воды и промышленные сбросы. Хотя в течение последнего столетия азотные удобрения способствуют росту производства продуктов питания, около 80% из них остается в окружающей среде.

?Загрязнение азотом, особенно нитратами, представляет собой серьезную угрозу для?рек, озер, подземных и прибрежных вод,?— говорит изотопный гидролог из?Греческого центра морских исследований в Греции Иоаннис Матиатос.?— Отслеживание источников нитратного загрязнения необходимо для защиты водных систем и направления усилий на очистку загрязненных территорий?.

Нитраты — наиболее растворимая форма азота, а значит они легко просачиваются в?грунтовые воды, озера и реки. При высокой концентрации в питьевой воде нитраты могут нарушить способность крови переносить кислород по организму. Загрязнение азотом также вызывает чрезмерное обогащение воды питательными веществами, что приводит к вредному росту водорослей и растений в озерах и реках. По данным Программы ООН по окружающей среде, загрязнение азотом является крупнейшим фактором потери биоразнообразия после разрушения среды обитания и выбросов парниковых газов.

Изменение климата усугубляет последствия загрязнения азотом. Потепление климата на Земле приводит к увеличению количества лесных пожаров, что влечет за собой увеличение использования антипиренов, содержащих большое количество азотистых соединений, которые просачиваются в водные источники. Тем временем по мере нагревания планеты нагреваются озера и реки, что способствует росту растительности, которая может нанести вред экосистемам и окружающей среде. Более теплые озера, заросшие водорослями, могут выделять парниковый газ в виде закиси азота, а более холодные озера извлекают азот из азотного цикла и хранят его в течение длительного времени.

Расшифровка загрязнения азотом с помощью изотопного анализа

МАГАТЭ использует изотопные методы, чтобы помочь определить источники азотного загрязнения. В рамках этого исследования Агентство сотрудничает с Массачусетским университетом в разработке более дешевых, безопасных и быстрых методов отслеживания источников загрязнения азотом рек, озер и морей.

?Методы изотопного анализа нитратов — мощный инструмент, поскольку они помогают нам определить источники загрязнения нитратами и понять, как азот используется и преобразуется в природе?,?— говорит Матиатос.

В рамках своей программы технического сотрудничества МАГАТЭ помогает странам наращивать потенциал в области изотопных методов исследования загрязнения азотом повсюду — от итальянских Альп, где талая вода ледников попадает в близлежащие озера, до мегаполиса Калькутта в Индии.

МАГАТЭ также использует изотопные и ядерные методы для оказания помощи странам в более эффективном использовании удобрений, повышении улавливания углерода и азота в агроэкосистемах и изучении возможностей сокращения потребности в химических удобрениях за счет выращивания бобовых культур или применения интегрированных систем земледелия и животноводства.

Соединения, вызывающие растущую озабоченность

В поверхностных водных системах все чаще обнаруживаются такие загрязняющие вещества, как фармацевтические препараты, гормоны, промышленные химикаты и средства личной гигиены. Эти загрязняющие вещества обычно попадают в городские, промышленные и бытовые сточные воды. Так называемые ?соединения, вызывающие растущую озабоченность? только недавно были определены как потенциальная угроза для окружающей среды и пока не регулируются национальными или международными нормами. Их воздействие в пресной воде изучено недостаточно хорошо, но считается, что они могут нарушать гормональный фон и способствовать развитию устойчивости к?антибиотикам у людей и животных, а также негативно влиять на водные экосистемы.

Между тем соединения, вызывающие растущую озабоченность, могут быть использованы для лучшего понимания источников загрязнения нитратами, поскольку они встречаются вместе в загрязненных водных системах. МАГАТЭ сотрудничает с?учеными всего мира в целях отслеживания источников и путей попадания нитратов в?поверхностные и подземные воды путем установления связи между изотопами нитратов и этими соединениями.

?Соединения, вызывающие растущую озабоченность, являются идеальными индикаторами фекального загрязнения, поскольку они обычно связаны с конкретным источником и обнаруживаются в загрязненных экологических пробах?, — говорит изотопный гидролог МАГАТЭ Юлия Выставная.

Радиационные технологии для очистки сточных вод

Удаление из сточных вод микрозагрязнителей, таких как микропластик, стойкие органические загрязнители и фармацевтические препараты, имеет решающее значение для достижения и поддержания чистоты воды. Радиационные технологии, включая электронные пучки (e-beams) и гамма-излучение, играют важную роль в борьбе с?широким спектром органических загрязнителей в сточных водах и осадках сточных вод путем расщепления этих сложных молекул до менее вредных или более легко удаляемых форм.

Микропластик представляет собой особо сложную проблему, поскольку он не?поддается биологическому разложению и может распадаться на еще более мелкие частицы.

Микропластик был обнаружен в водопроводной и бутилированной воде, в воздухе, которым мы дышим, в речных отложениях и почве. Он загрязняет грунтовые и поверхностные воды и в итоге оказывается в океане. В ходе мониторинга загрязнения пластиком, проводимого в рамках инициативы МАГАТЭ ?Ядерные технологии для?борьбы с загрязнением пластиком? (?НУТЕК пластикс?), микропластик был обнаружен даже в самых нетронутых и охраняемых районах планеты, включая Галапагосские острова и Антарктику.

Очистка сточных вод с помощью электронно-лучевой технологии — перспективное решение. Она позволяет связывать микропластик в комки, которые можно легко удалять из сточных вод. Недавние эксперименты, проведенные в польском Институте ядерной химии и технологии, который сотрудничает с МАГАТЭ в области радиационных технологий, показали, что после обработки с помощью технологии электронных пучков из сточных вод можно выделить от 85 до 95% микропластика.

?Микропластик трудно удалять с помощью обычных методов очистки воды и сточных вод, — говорит эксперт по радиации и главный консультант компании ?Брайт фьючер текнолоджиз? в Республике Корея Хан Бум Су. — Хотя исследования еще находятся на?ранних стадиях, ожидается, что они внесут значительный вклад в решение проблемы загрязнения окружающей среды микропластиком?.

?НУТЕК пластикс?: решение проблемы загрязнения пластиком

Флагманская инициатива МАГАТЭ ?НУТЕК пластикс? объединяет страны и партнеров по?всему миру для решения проблемы загрязнения пластиком путем использования ядерных технологий для улучшения обнаружения и идентификации микропластика и нанопластика в?морской среде, а также для разработки эффективных методов переработки пластика, которые позволяют снизить зависимость от пластика, произведенного на основе ископаемого топлива. Радиация может быть использована для производства пластмасс на биооснове, которые являются более экологичной альтернативой обычным пластмассам, поскольку они разлагаются естественным образом и/или легко поддаются переработке в силу своей структуры.

Многие страны стремятся перейти к более устойчивым способам производства пластмасс. На Конференции ООН по океану 2025?года, где участники сосредоточили внимание на текущих переговорах по заключению международного юридически обязывающего соглашения о борьбе с загрязнением пластиком, МАГАТЭ особо отметило роль ядерной науки в решении этой проблемы.

?Ядерная наука помогает защитить океаны и сохранить морские экосистемы,?— заявил на конференции Генеральный директор МАГАТЭ Рафаэль Мариано Гросси. — По?линии наших лабораторий морской среды в Монако и инициативы "НУТЕК пластикс" мы оказываем странам помощь в борьбе с загрязнением морской среды путем оснащения более 100 лабораторий по всему миру оборудованием для?мониторинга микропластика?.

Около 80% загрязнения моря пластиком происходит с суши, поэтому активизация усилий по улучшению переработки и обработки пластиковых отходов до того, как они окажутся на свалках и в водных системах, поможет решить эту растущую глобальную проблему.?

Использование искусственных водно-болотных угодий для очистки сточных вод горнодобывающей промышленности

Природные водно-болотные угодья, в которых фильтрация пресной воды происходит в?результате физических, геохимических и биологических процессов в почве, осадках и растениях, доказали свою эффективность в поглощении загрязняющих веществ из?загрязненной воды. Во всем мире для очистки сточных вод уже используются искусственные водно-болотные угодья — инженерные системы, в которых применяются те же естественные процессы. Они как правило дешевле и требуют меньше энергии для эксплуатации и обслуживания, чем обычные системы очистки отходов.

Искусственные водно-болотные угодья все чаще используются для очистки воды, загрязненной побочными продуктами горнодобывающей промышленности, такими как тяжелые металлы и другие токсичные вещества. Они могут сохраняться в течение десятилетий после прекращения добычи, что может иметь серьезные последствия для?здоровья людей и окружающих экосистем.

При добыче урана в сточных водах часто присутствуют радиоактивные загрязняющие вещества естественного происхождения, такие как радон и радий. По мнению Ханны?Аффум, специалиста по промышленным технологиям МАГАТЭ, ?существует пробел в?исследовании того, насколько эффективно растения и осадки могут удалять радиоактивные загрязнения в искусственных водно-болотных угодьях?.

Чтобы помочь заполнить этот пробел, МАГАТЭ недавно запустило проект координированных исследований, в котором с помощью радиоактивных индикаторов проводится изучение того, каким образом почва, гравий и растения в искусственных водно-болотных угодьях удаляют и трансформируют загрязняющие вещества в?сточных водах, образующихся при добыче урана, меди и золота. Поскольку со?временем способность искусственных водно-болотных угодий выполнять эту задачу может уменьшиться, в рамках проекта также будет изучена гидродинамика потока и собраны данные для оптимизации будущего устройства водно-болотных угодий.

?Целевые исследования могут дать нам критически важные сведения, которые помогут разработать устойчивую конструкцию этих систем и улучшить долгосрочное поглощение загрязняющих веществ?, — говорит Аффум.

Начиная с азота и заканчивая соединениями, вызывающими растущую озабоченность, микропластиком и тяжелыми металлами, мировые водные системы подвергаются все большей нагрузке. Ядерная наука предлагает способы решения этой проблемы.