Новости

От китов Чукотки до пожаров Индонезии: новые экологические исследования ЦКП САФУ «Арктика»

12.05.2023

<div> Руководитель Центра Коллективного пользования оборудованием Северного (Арктического) федерального университета «Арктика» Дмитрий Косяков рассказал, чем сейчас занимается подразделение САФУ, и какие интересные результаты достигнуты в 2022 году. Два госзадания ЦКП имеет несколько направлений научной деятельности, тесно связанных с различными аспектами современной аналитической химии. Два из них связаны с химией и аналитической химией растительного сырья. А третье — это изучение загрязнения Арктики и разработка аналитических методов контроля состояния окружающей среды. Мы изучаем поллютанты, которые поступают в Арктику в результате деятельности человека (промышленность, добыча полезных ископаемых, транспорт, ракетно-космическая деятельность), а также от таких естественных источников, как лесные и торфяные пожары, находим и идентифицируем новые загрязняющие вещества. Занимаемся изучением их трансформации, переноса, накопления в различных средах. Это огромная работа, которой хватит на сто лабораторий. В России есть десятки лабораторий, которые изучают Арктику, но только мы делаем это с точки зрения аналитической химии, это наша уникальная ниша. Началась эта работа очень давно, ещё на кафедре теоретической и прикладной химии АГТУ в начале 2000-х, где мы тогда создали центр коллективного пользования научным оборудованием «Баренцево-евроарктического региона». А с созданием САФУ и появлением в конце 2010 г. ЦКП НО «Арктика» это направление стало развиваться ещё быстрее. В настоящее время коллектив Центра насчитывает более 30 человек, половина из которых наши аспиранты и студенты, работающие на штатных должностях младших научных сотрудников и лаборантов-исследователей. Финансирование основной деятельности осуществляется в рамках двух тем госзадания Министерства науки и высшего образования РФ. Одна — в недавно открытой в рамках НОЦ мирового уровня молодежной Лаборатории химии природных соединений и биоаналитики — её возглавляет доктор химических наук Николай Ульяновский. А второе госзадание выполняет Лаборатория экоаналитических исследований, созданная по результатам конкурса Минобрнауки в 2019 г. Важным источником финансирования проводимых в ЦКП исследования являются также гранты Российского научного фонда, выигранные нашими сотрудниками, а также прикладные НИР, выполняемые в интересах различных предприятий и организаций. Сопровождение космической деятельности В начале двухтысячных коллектив ЦКП стал заниматься проблемами экологического сопровождения ракетно-космической деятельности на космодроме «Плесецк», с этого и начиналось развитие у нас экоаналитической тематики. За прошедшие годы в рамках контрактов с Космическими войсками проведено экологическое обследование множества мест падения отработанных частей ракет-носителей на северо-востоке Архангельской области в районе Койды и даже в Западной Сибири и на полуострове Ямал. С годами в дополнение к «рутинным» прикладным исследованием уровней концентрации токсичного ракетного топлива и других загрязнителей стали проводиться и обширные фундаментальные исследования процессов миграции и трансформации гидразиновых ракетных топлив в окружающей среде, позволившие совершенно по-новому взглянуть на проблему экологических последствий проливов несимметричного диметилгидразина и используемые методы детоксикации почв и сточных вод, загрязненных этим соединением. В результате был разработан целый комплекс методических решений для контроля не только самого топлива, но и десятков потенциально опасных продуктов его трансформации в окружающей среде, созданы и запатентованы новые решения для их эффективного уничтожения. Впервые удалось обследовать распространение как самого ракетного топлива, так и продуктов его трансформации в торфяной болотной почве места падения первой ступени ракеты-носителя в Архангельской области (<a href="https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.138483">https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.138483</a>). В настоящее время по заказу Государственного космического научно-производственного центра имени М. В. Хруничева ЦКП реализует экологическое сопровождение испытательных пусков семейства новых экологически безопасных ракет «Ангара», наши сотрудники работают на стартовых комплексах космодрома во время подготовки к запуску и отбирают пробы окружающей среды на различных расстояниях от ракеты-носителя во время ее старта. Арктический снег и атмосферные поллютанты Важное направление деятельности ЦКП, это поиск в Арктике загрязняющих веществ, в том числе ранее неизвестных. В этом плане, большой интерес представляют исследования снега, который мы отбираем в ходе экспедиций, в том числе в рамках проекта САФУ и Росгидромета «Арктический плавучий университет», в различных районах арктической зоны, например на островах архипелагов Новая Земля и Земля Франца-Иосифа (<a href="https://doi.org/10.1016/j.envpol.2020.114885">https://doi.org/10.1016/j.envpol.2020.114885</a>; <a href="https://doi.org/10.1016/j.envpol.2018.03.009">https://doi.org/10.1016/j.envpol.2018.03.009</a>). Снег эффективно аккумулирует присутствующие в атмосферном воздухе соединения и может рассматриваться как своеобразный маркер загрязнения атмосферы. Начало таким исследованиям было положено в 2017 г. благодаря налаживанию тесного сотрудничества с профессором А. Т. Лебедевым из Московского государственного университета. Мы видим, Арктика — это довольно «чистый» регион, а концентрации загрязнителей в Арктическом снеге крайне низкие. Это представляет собой вызов для аналитической химии, поскольку требуется обнаруживать и идентифицировать соединения, присутствующие в количествах порядка нанограммов на килограмм снега. Для этого нужна очень продвинутая инструментальная база, уникальные методы и специалисты, которые могут решать очень сложные задачи идентификации неизвестных соединений. У нас это есть. Много лет мы развиваем и создаём подходы к анализу самых разных объектов, к пробоподготовке, к совершенствованию обработки данных, создаём методики анализа, опирающиеся на современные методы хроматографии и масс-спектрометрии высокого разрешения. Помимо снега, отбираем и непосредственно пробы воздуха, хотя это и требует гораздо более сложной техники подготовки проб. Так, во время экспедиций на судне академик Мстислав Келдыш пути мы отработали и использовали технологию сорбционного отбора воздушных поллютантов. На судне по мере движения и на высадках несколько литров воздуха прокачивается насосом через специальную сорбционную трубку, где загрязняющие вещества поглощаются, сорбируются. Эти трубки герметично закрываются и доставляются к нам в лабораторию в замороженном состоянии, после чего выполняется термодесорбционный анализ, в ходе которого накопленные загрязняющие вещества смываются с сорбента потоком инертного газа при высокой температуре и подвергаются и определяются методами газовой хроматографии и масс-спектрометрии. Такие исследования позволили количественно определить более 100 важнейших атмосферных поллютантов (в том числе ароматические углеводороды, хлорорганические соединения, фенолы). Источником части из них является промышленность. Часть попадает в атмосферу в результате обмена веществом между атмосферой и океаном. Почему Арктика — не магнит для мусора Арктика — это хрупкие экосистемы, которые трудно восстанавливаются после антропогенного воздействия. Загрязнители в Арктике медленнее разлагаются, чем в южных морях. Если в тропических широтах загрязняющие вещества в природных водах быстро трансформируются и разрушаются в ходе биологических процессов (например, под действием микроорганизмов), то в холодном климате интенсивность таких процессов гораздо ниже. К счастью, антропогенных источников в Арктике не так много: судоходство, горнодобывающая промышленность, крупные промышленные центры. Но существует перенос загрязняющих веществ воздушными массами и морскими течениями из других регионов. Считается, что в Арктике, то, что приносится воздушными массами, может накапливаться из-за конденсации на холодной поверхности почвы и снега. А морскими течениями в Арктику могут приноситься загрязнители, совсем не характерные для тех отраслей промышленности, которые в ней присутствуют. Например, в Арктике обнаруживаются пестициды, разные стойкие хлорорганические соединения, хотя здесь нет развитого сельского хозяйства. Это происходит из-за глобальной циркуляции океана и атмосферы, но, несмотря на это, она остаётся гораздо чище других регионов. Сейчас много сделано для улучшения экологической ситуации, запрещены многие виды ядохимикатов, которые могли попадать в окружающую среду. Содержание пестицидов и стойких органических загрязнителей в Арктике снижается со временем, Арктика становится только чище. Пожары — источник загрязнения Арктики Один из интересных результатов нашей работы в последние годы — открытие источников пиридинов в атмосфере. Ранее, исследуя снег на архипелагах Новая земля и Земля Франца Иосифа мы обнаруживали пиридин и его производные (пиколин, лутидин, коллидин и др.), являющиеся довольно токсичными азотсодержащими соединениями. В научной литературе встречается информация об обнаружении разными исследователями тех же соединений в воздухе различных регионов, от Европы до Южной Америки и даже Антарктиды. Было непонятно, откуда они попадают в атмосферу. Естественно, их уровни не настолько велики, чтобы представлять непосредственную опасность для человека, но отслеживать такие потенциально опасные соединения и понимать источники их поступления чтобы прогнозировать ситуацию совершенно необходимо. Ранее считалось, пиридины поступают в атмосферу с выбросами промышленных предприятий, которые используют такие соединения в своих технологических процессах. Мы показали, что это не так и основным источником пиридинов является сгорание биомассы, а именно, торфяные пожары. Для этого проводили эксперименты по моделированию горения торфа в специально сконструированной нами установке, имитирующей реальные условия тления торфа. При этом все образующиеся летучие продукты мы улавливали в криоловушке (замораживанием) и исследовали методом двумерной газовой хроматографии — масс-спектрометрии высокого разрешения. Так, среди тысяч продуктов горения мы обнаружили тот же набор пиридинов, который находится в снеге по всему миру, причём в похожих соотношениях. Торф — это сложная смесь органических веществ, которая содержит много азотсодержащих соединений, термическое разложение которых ведет к образованию следовых количеств пиридинов, но, учитывая огромные масштабы торфяных пожаров, общая масса таких соединений, поступающих в атмосферу планеты с продуктами горения, превышает весь мировой объем производства пиридинов. В последние годы из-за потепления климата количество торфяных пожаров растет, что приводит к усилению загрязнения атмосферы соответствующими поллютантами, и это хорошо заметно по результатам наших исследований. При этом речь не обязательно идет о пожарах в арктической зоне, огромный вклад в появление в Арктике пиридинов и некоторых других классов соединений могут вносить торфяные мегапожары в Индонезии и других регионах, в которых ежегодно сгорают сотни миллионов тонн торфа. Результаты данного исследования опубликованы в международном журнале Environmental Pollution (<a href="https://doi.org/10.1016/j.envpol.2020.115109">https://doi.org/10.1016/j.envpol.2020.115109</a>) Исследования донных отложений в Арктике Из интересных недавних результатов — изучение донных отложений арктических морей, в которых накапливаются в том числе токсичные полицикличные ароматические углероды (ПАУ). Они появляются при неполном сгорании любой органики — древесины, торфа, каменного угля, нефти, бензина — и крайне медленно разлагаются в окружающей среде, постепенно накапливаясь в различных объектах. В случае морей, ПАУ, попадающие туда из атмосферы и со стоком рек, могут концентрироваться в донных отложениях, но в Арктике соответствующие исследования почти не проводились, а последние единичные анализы выполнялись не одно десятилетие назад. В ходе экспедиции на судне Академик Мстислав Келдыш нам удалось получить образцы донных отложений Баренцева, Карского, Восточно-Сибирского морей и моря Лаптевых и исследовать их в своей лаборатории. В результате удалось получить уникальный набор данных по содержанию 16 приоритетных ПАУ и, исходя из их соотношений, сделать выводы об источниках поступления в окружающую среду (<a href="https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2022.113741">https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2022.113741</a>). Решение загадки дурнопахнущих китов Совсем недавно в известном научном журнале Chemosphere вышла статья большого международного коллектива авторов, возглавляемого проф. А. Т. Лебедевым, посвященная раскрытию загадки дурнопахнущих китов, добываемых на Чукотке (<a href="https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2023.137785">https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2023.137785</a>). Дело в том, что на протяжении тридцати лет, с начала 90-х годов, коренные жители Чукотки сталкиваются с проблемой крайне неприятного «химического» запаха мяса китов, которых они добывают в прибрежных водах. Те люди, которые пытались его есть, получали отравление. Эта загадка, волновала многих учёных на протяжении трёх десятилетий. Были разные версии, но теперь, я надеюсь, мы поставили точку в этом вопросе. Основная заслуга здесь принадлежит профессору Лебедеву, организовавшему большое исследование начиная от получения проб различных тканей китов, проведением пробоподготовки и анализа, и заканчивая весьма сложным и трудоемким анализом полученных результатов — среди огромного числа летучих химических соединений, детектируемых в исследуемых образцах нужно было выявить и надежно идентифицировать те, которые могут быть причиной запаха. Мы приняли участие в экспериментальной работе, при этом значительную часть анализов выполнил Бауыржан Букенов, аспирант Казахского национального университета имени аль Фараби, проходивший длительную стажировку в нашем коллективе. В результате исследований удалось установить, что запах китов обусловлен дибромфенолом — химическим соединением, не используемым в промышленности в больших масштабах и имеющим предположительно природное происхождение. Действительно, в естественных процессах с участием живых организмов бромид-ионы, содержащиеся в морской воде, могут трансформироваться в различные бромсодержащиеся соединения. Например, морские водоросли выделяют бромоформ, который легко можно обнаружить в арктическом воздухе. Источник дибромфенола был установлен, им оказались многощетинковые черви (полихеты), обитающие на морском дне и являющиеся важным элементом питания серых китов, обитающих в прибрежных районах. Потребляя их, киты накапливают и концентрируют дибромфенол в своих тканях, а их мясо постепенно становится очень пахучим, непригодным для пищи и даже токсичным. Киты, живущие в глубоких водах, имеют другой рацион и не создают такой проблемы, но на них сейчас охота не ведется. Очистные сооружения не очищают воду от лекарств Еще один важный объект экологических исследований — микрополлютанты, попадающие со сточными водами в Арктические моря. К ним относятся антропогенные соединения, присутствующие в небольших концентрациях, но часто обладающие высокой биологической активностью или токсичностью для водных организмов. Речь идет о компонентах лекарственных препаратов, моющих и косметических средств и пр., которые попадают в городскую канализацию и далее с муниципальными сточными водами поступают на станции очистки воды. Используемые там технологии очистки стоков не рассчитаны на эффективное удаление таких соединений, что позволяет им беспрепятственно поступать в водные экосистемы. Естественно, наибольшую тревогу вызывают фармацевтические препараты, прежде всего, антибиотики и противовирусные средства, потребление которых в последнее время сильно возросло. Нами выполнена интересная работа по умифеновиру (торговое название — Арбидол), который люди массово потребляли во время эпидемии коронавируса. Рекомендуемая доза на одного человека для профилактики и лечения заболевания составляет 800 мг чистого вещества ежедневно. Примерно половина этого количества выводится из организма в неизменном виде и со сточной водой достигает очистных сооружений. Часть метаболизируется и превращается в продукты, которые также могут представлять собой опасность в природных водоемах. Мы изучали трансформацию арбидола в сточной воде, а также в ходе ее очистки и дезинфекции, идентифицировав образующиеся продукты. На следующем этапе эти соединения количественно определяли в воде, выпускаемой в водоем после очистки, а также в донных отложениях и активном иле. Полученные результаты оказались исключительно интересными — донные отложения на выходе из очистных сооружений Архангельска содержат более 1 миллиграмма арбидола на килограмм, что очень много и делает это соединение одним из важнейших компонентов. Очевидно, что донные отложения способны накапливать умифеновир, что делает их потенциальным источником вторичного загрязнения вод этим соединением. Пока мы не можем делать выводы о последствиях для водных организмов, но этот вопрос требует дальнейшего детального изучения. Результаты работы опубликованы в престижном международном журнале Science of the Total Environment (<a href="https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.150380">https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.150380</a>). Концентрация в воде антибиотиков вызывает резистентность бактерий Даже из названия понятно, что антибиотики являются одними из самых опасных для микроорганизмов соединений, способными нанести значительный вред природным экосистемам при попадании в них. Пострадать при этом может и человек за счет распространения генов резистентности. Это явление связано с адаптацией бактерий в окружающей среде к постоянному контакту с антибиотиками, что делает их нечувствительными (резистентными) к таким соединениям. Приобретенные гены резистентности могут передаваться болезнетворным бактериям, контактирующим с людьми. В результате вызванные ими инфекционные заболевания не поддаются лечению обычными антибиотиками и приводят к множеству осложнений. Чтобы решить эту проблему нужно понимать, какие антибиотики есть в сточных водах и в каких количествах, но это очень сложная аналитическая задача, поскольку нужно искать следовые количества (нанограммы в литре) антибиотиков на фоне тысяч других соединений, присутствующих в сточных водах. Нами разработаны подходы к пробоподготовке и обнаружению наиболее распространенного класса антибиотиков — макролидов — в сточной воде, основанные на применении современных методов жидкостной хроматографии и масс-спектрометрии. Их применение к изучению сточной воды Архангельска позволило показать, что среди макролидных антибиотиков в ней преобладает азитромицин. Первые результаты, опубликованные в журнале Chemosensors (<a href="https://doi.org/10.3390/chemosensors11010044">https://doi.org/10.3390/chemosensors11010044</a>), говорят, что концентрации в воде после очистных сооружений находятся на уровнях, которые способствуют распространению генов резистентности среди бактерий и требуют совершенствования технологий очистки стоков. Источник: <a target="_blank" href="https://narfu.ru/life/news/university/378682/">САФУ имени М.В. Ломоносова</a> </div>

Арктический плавучий университет изучит моря Арктики при помощи подводного аппарата

11.05.2023

<div> В экспедицию, которая продлится с 23 июня по 14 июля, отправятся 55 человек, представляющих 16 научных и образовательных организаций из Архангельска, Москвы, Санкт-Петербурга, Саратова и Норильска. Участники Арктического плавучего университета - 2023 (АПУ) впервые будут изучать подводный мир арктических морей при помощи спускаемого аппарата, а также проводить гидроакустические исследования. Об этом рассказала ТАСС заместитель начальника экспедиции по научной работе АПУ-2023 Анна Трофимова. Уже завершен отбор участников проекта и сформирована научная программа. "В этом году к экспедиции плавучего университета присоединяется филиал САФУ в Северодвинске. Здесь два исследователя: один будет изучать применение телеуправляемых необитаемых подводных аппаратов в условиях Арктики. Это аппарат по типу "Мира", но необитаемый, который будет спускаться и смотреть, что там под водой плавает. Такие исследования в рейсе АПУ буду проводиться впервые. Также впервые участники экспедиции будут проводить гидроакустические исследования", - сказала Трофимова. Еще один исследователь из северодвинского филиала вуза будет изучать параметры работы судового электропривода научно-экспедиционного судна "Профессор Молчанов", на котором будет проходить экспедиция. В этом году на конкурс для участия в рейсе АПУ-2023 от исследователей и студентов поступило более 150 заявок. В экспедицию отправятся 55 человек, которые представляют 16 научных и образовательных организаций из Архангельска, Москвы, Санкт-Петербурга, Саратова и Норильска. "У нас есть и наши многолетние участники, такие как МГУ, институт Арктики и Антарктики, Северный государственный медицинский университет и другие, но есть и такие, чьи специалисты будут принимать участие в плавучем университете впервые, например, новичок - это Санкт-Петербургский государственный морской университет", - отметила заместитель начальника экспедиции. Кроме того, в этом году в рейс отправятся иностранные участники. Пока заявлены представители Молдовы, Турции и Болгарии. Иностранцы в последний раз участвовали в экспедиции АПУ в 2019 году. </div> <div> Арктический плавучий университет - это совместный проект Северного Арктического федерального университета (САФУ) и Северного управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Северное УГМС). Экспедиции АПУ проводятся с 2012 года. Еще одно новое направление для Арктического плавучего университета - это анализ влияния факторов космической погоды на параметры малых космических аппаратов на приполярных участках низкой околоземной орбиты. "Будут установлены антенны, и они станут ловить сигналы со спутников", - пояснила Трофимова. По ее словам, в этом году особенность проекта - это большой блок, который назвали техническим, в который как раз вошли исследования, связанные с космосом, изучением подводных шумов и особенностей работы судна. Много внимания в ходе рейса будет уделено работам по мониторингу гидрологического режима Белого, Баренцева и Карского морей, а также исследованию загрязнений. В море будут проводиться наблюдения за плавающим мусором, морской мусор будут изучать в точках высадок на побережьях, исследователи будут рассматривать динамику загрязнения арктических морей микропластиком, то есть частицами пластика менее 5 мм и еще более мелкими. Микропластик накапливается в окружающей среде в больших количествах, особенно в водных экосистемах, а его влияние на организм начали выяснять только в последние годы. В ходе высадок специалисты возьмут пробы почвы на тяжелые металлы. Участники экспедиции будут вести круглосуточное наблюдение за морскими млекопитающими и птицами и их учет. Еще одно направление - это изучение планктона в море и флоры на арктических островах. В этом году ученые сделают акцент на так называемой адвентивной флоре. В отличие от аборигенных, это пришлые, чужие для данной территории растения, которые попали сюда в результате деятельности человека или посредством каких-либо природных агентов. Среди арктических бактерий в этом году будут искать те, которые разрушают целлюлозу. На всем протяжении рейса пройдут исследования адаптации его участников к высокоширотной экспедиции, в том числе и психологического состояния. Проект АПУ не только исследовательский, но и учебный. В течение всего рейса исследователи будут читать лекции по своим направлениям. Лекционный цикл начнется дистанционно еще до выхода в море. Будущим полярникам расскажут об Арктике, а также познакомят с правилами поведения в высоких широтах и на море. "Особое внимание будет уделено технике безопасности на судне, а также на высадках и как вести себя при возможной встрече с белыми медведями", - сказала Трофимова. О маршруте и сроках экспедиции </div> "Профессор Молчанов" выйдет из Архангельска 23 июня и пойдет по маршруту: Архангельск - остров Колгуев - остров Вайгач - Русская Гавань (Новая Земля) - Оранские острова - мыс Желания (Новая Земля) - Ледяная Гавань (Новая Земля) - остров Сосновец - Архангельск. Завершение экспедиции запланировано на 14 июля. "Обязательно в маршруте стоят два острова: Вайгач и Колгуев, потому что будут люди, которые планируют работать с коренным населением, которое проживает на данных территориях, - добавила собеседница агентства. - И, если удастся пробраться, если ледовая остановка позволит, то мы планируем пройти к Земле Франца-Иосифа, хотя бы к островам в ее южной части". Это 16-я экспедиция проекта. В этом году запланирована еще одна экспедиция Арктического плавучего университета. Она будет проходить на научно-экспедиционном судне "Михаил Сомов" и начнется не в Архангельске, а будет стартовать с Диксона во второй половине лета. Партнерами и спонсорами проекта являются банк ВТБ, ПАО "Новатэк", ПАО "ГМК "Норильский Никель", правительство Архангельской области, Русское географическое общество, национальный парк "Русская Арктика". Источник: <a target="_blank" href="https://nauka.tass.ru/nauka/17662247">ТАСС</a>

НОВОСТИ НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ В АРКТИКЕ