Масштабное таяние: новое применение ядерных технологий для прогнозирования будущего ледников

Масса ледников во всем мире снижается с 1970-х годов. Баланс между выпадением снега и таянием льда нарушился из-за глобального потепления. Огромные скопления льда тают, ослабевают, разрушаются и исчезают по всему миру в беспрецедентных масштабах. Результат — такие катастрофические последствия изменения климата, как наводнения, засухи, нарушение водоснабжения и экономический ущерб. Ледники обеспечивают потребности множества людей в таких областях, как водоснабжение, сельское хозяйство, гидроэнергетика и туризм, поэтому крайне важно иметь возможность точно прогнозировать и планировать то, что будет происходить с ними дальше.

В Швейцарии ледники играют очень важную роль, но и они быстро тают. По данным Швейцарской академии наук, ледники в стране потеряли более шести процентов своего объема в 2022 году — это худший год за всю историю наблюдений. По мнению исследователей, самый крупный в Швейцарии ледник Алеч может потерять половину объема к концу века.

Для отслеживания движения ледников во времени гляциологи обычно используют колышки, фотографии и картины. Случайные объекты, такие как потерпевшие крушение самолеты, также могут быть полезны. Но теперь появился другой, более точный метод, который поможет гляциологам точнее моделировать поведение ледников и прогнозировать их будущее. Это может помочь лицам, принимающим решения, в планировании на случай отступления ледников или их полного исчезновения.

Примерно в 40 км к югу от столицы страны Берна расположена Лаборатория Шпиц, которая разработала ядерный метод, основанный на сигнатуре, зафиксированной во льду во время испытаний ядерного оружия (ЯО) в 1950-х и 1960-х годах. В результате этих испытаний в атмосферу попали искусственные радионуклиды, которые затем осели в поверхностных слоях ледников по всему миру. Поскольку даты испытаний известны, определение пиковых концентраций этих радионуклидов, а также закономерностей их рассеивания в результате движения льда может помочь в установлении хронологических характеристик слоев льда.

«Мы использовали существующий метод измерения радионуклидов в почве и других твердых материалах и впервые применили его к воде, льду и снегу», — говорит Стефан Рёллин, исследователь из отдела ядерной химии Лаборатории Шпиц.

Обнаружение радионуклидов во льду

В 2019 и 2020 годах эксперты Лаборатории Шпиц и военнослужащие швейцарских вооруженных сил поднялись на ледники Алеч и Гаули в труднопроходимой местности Бернских Альп и собрали ценные изотопные данные о движении льда. Из каждого ледника они взяли около 200 образцов поверхностного льда весом до 1 кг каждый — этого достаточно для обнаружения низких концентраций радионуклидов. Затем они расплавили образцы и с помощью радиохимических методов извлекли и очистили изотопы урана и плутония, которые затем проанализировали с помощью высокочувствительного прибора — мультиколлекторного масс-спектрометра с индуктивно связанной плазмой (МК-МС-ИСП).

Исследователи также применили другие ядерные методы, позволяющие установить присутствие связанных с ядерными испытаниями радионуклидов в пробах окружающей среды: с помощью гамма-спектрометрии высокого разрешения был обнаружен цезий, а благодаря жидкостному сцинтилляционному счету — тритий.

«Эти данные могут быть использованы для совершенствования и настройки моделей течения ледника, получения более точного представления о том, как быстро ледник тает, прогнозирования его дальнейшего поведения и калибровки моделей движения льда для повышения их точности», — отметил Рёллин. Разработанные Лабораторией Шпиц методы были проверены на предоставленных МАГАТЭ эталонных образцах воды из Ирландского моря для обеспечения точности. Ученые используют эталонные образцы чтобы удостовериться в том, что их методы измерения дают достоверные результаты. МАГАТЭ предоставляет такие образцы лабораториям по всему миру.

«Испытания на эталонном материале МАГАТЭ подтвердили нашу способность анализировать крайне низкие концентрации радионуклидов в воде — миллионные доли миллионных долей миллионных долей грамма на килограмм — что довольно трудно сделать», — сказал Рёллин.

Лаборатория Шпиц представила свое исследование на Международной конференции по радиоактивности окружающей среды (ENVIRA 2021) в Греции в 2021 году и на Международной конференции по метрологии радионуклидов по теме «Методы измерения радиоактивности низкого уровня», которая прошла в 2022 году в Италии.

Лаборатория Шпиц является центром сотрудничества МАГАТЭ с 2016 года, а в 2020 году этот статус был продлен до 2025 года, чтобы Лаборатория могла продолжать вносить вклад в программную деятельность МАГАТЭ. В качестве центра сотрудничества МАГАТЭ она проводит стажировки и учебные курсы, а также принимает участников научных командировок. Лаборатория также участвует в миссиях экспертов в государства — члены МАГАТЭ с целью способствовать практическому применению этой методики в других странах, где ледники важны для устойчивой экологической политики и экономики.

«Лаборатория Шпиц — это образцово-показательный центр, обладающий выдающимися аналитическими мощностями и богатым опытом отбора проб в полевых условиях и измерения всех видов загрязняющих веществ, в частности радионуклидов, — считает Иоланда Осват, руководитель Лаборатории радиометрии МАГАТЭ. — Она оказывает неоценимую поддержку в обучении и методическом развитии сети аналитических лабораторий МАГАТЭ по измерению радиоактивности окружающей среды (АЛМЕРА). Ее исследования и разработки направлены на решение широкого спектра экологических проблем с использованием инновационных подходов, что подтверждается ее новаторской работой по ледникам».