В Лаборатории нейтронной физики ОИЯИ отработана методика проведения экологического мониторинга воздуха на основе нейтронного активационного анализа. По итогам недавнего исследования ученые ОИЯИ смогли не только получить данные о качестве воздуха в Египте, но также дать прогноз о его состоянии в будущем, и какие это может нести угрозы здоровью населения. Обычно такой мониторинг проводился с помощью мхов, и так было оценено состояние воздуха в ряде стран-участниц ОИЯИ. Однако выяснилось, что из-за жаркого климата мох для исследования на территории Египта не подходит. Ученые нашли альтернативное решение, выбрав вечнозеленые растения, распространенные в стране. Биомониторами выступили эвкалипт Eucalyptus globulus Labill и фикусы Ficus microcarpa L.f. и Ficus benjamina L.

Специалисты ЛНФ ОИЯИ давно используют мхи в качестве биомониторов в работах по оценке атмосферных выпадений тяжелых металлов (ТМ) и других микроэлементов. Эти растения эффективно концентрируют загрязняющие вещества из воздуха и осадков. Более того, они не имеют корневой системы и, следовательно, вклад других источников, кроме атмосферных выпадений, в большинстве случаев ограничен.

Процесс подготовки мха и размещения его образцов в мешочках в Египте

Работу по оценке воздуха в Египте инициировали специалисты ЛНФ совместно с коллегами из Менуфийского университета. Это исследование продолжило совместные экологические исследования на территории Египта, начатые с оценки состояния Нила. Международная команда последовала привычному опыту и разместила на территории Большого Каира — крупной агломерации, объединяющей Каир, Гизу и Кальюбию — и Менуфии около 60 мешочков со мхом. Когда пришло время собрать мхи-биомониторы для анализа содержания в них ТМ, оказалось, что из-за засушливой, жаркой погоды растения полностью высохли и были рассеяны ветром. Поэтому ученым пришлось искать альтернативу растению.

Места отбора образцов фикуса и эвкалипта

“Мы решили использовать распространенные в Египте растения — эвкалипт и фикус, — рассказал старший научный сотрудник Группы нейтронного активационного анализа ЛНФ ОИЯИ, участник и один из инициаторов работ Ваель Бадави. — Их листья группа собирала на уровне высоты человека, чтобы данные были информативны при анализе воздуха и его влияния на здоровье людей”.

Листья необходимо было определенным образом промыть, измельчить и из порошка изготовить специальные таблетки, которые затем облучались в ЛНФ ОИЯИ. Кроме 30 образцов листьев эвкалипта и фикуса ученые отобрали столько же образцов почвы в местах произрастания растений. Это было необходимо, чтобы точно установить происхождение тех или иных элементов, ведь задача специалистов была определить накопление тяжелых металлов в листьях именно из атмосферы. Обнаруженные элементы в листьях и почвах сравнивались, и из анализа исключались те, что были найдены в образцах почв.

“Эвкалипт и фикус оказались настолько хорошими биомониторами, что при анализе мы могли даже различить, где был отобран тот или иной образец — с деревьев вдоль крупных автомагистралей или внутри городов”, — подчеркнул Ваель Бадави. Метод нейтронного активационного анализа показал концентрации 34 элементов в образцах листьев и 40 элементов в образцах почв. “Несмотря на высокую плотность населения, большой транспортный трафик, промышленное загрязнение, образцы с территории Каира показали значительно меньшие значения, чем такие же образцы из Менуфии”, — отметил исследователь. Ученые связывают такой результат с отсутствием должного контроля за утилизацией отходов за пределами больших городов. Кроме того, исследование показало, что чувствительность F. Benjamina к тяжелым и микроэлементам выше, чем у E. globulus. Поэтому плантации фикусов могли бы даже послужить уловителями городских загрязнений.

Эвкалипт Eucalyptus globulus Labill, фикусы Ficus microcarpa L.f. и Ficus benjamina L.

Чтобы оценить влияние выявленных концентраций ТМ и других микроэлементов, ученые провели ряд расчетов с использованием различных методик, а также сравнивали полученные результаты с опубликованными общемировыми значениями. В итоге, расчет так называемого потенциального экологического риска показал, что, исходя из выявленных концентраций, в будущем опасность экологии и здоровью местного населения могут представлять мышьяк и кадмий. Также ученые сделали предположения, о том, какие антропогенные, значит вызванные влиянием человека, и геогенные, то есть естественного происхождения, факторы могут служить источниками потенциально токсичных элементов. Однако для подтверждения этих расчетов необходимо проведение дальнейших исследований.

1. W. M. Badawy, Y. Sarhan, O. G. Duliu, J. Kim, N. Yushin, H. E. Samman, A. A. Hussein, M. Frontasyeva, A. Shcheglov. Monitoring of air pollutants using plants and co-located soil-Egypt: Characteristics, pollution, and toxicity impact. Environ Sci Pollut Res Int. 29 (2022) — 21049-21066. https://doi.org/10.1007/s11356-021-17218-7
2. Badawy, W. et al. (2022). Heavy and Trace Elements Distribution in Plants and Soils of Urban and Rural Areas of Egypt: A Comparison. In: , et al. New Prospects in Environmental Geosciences and Hydrogeosciences. CAJG 2019. Advances in Science, Technology & Innovation. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-72543-3_42
3. Y. Sarhan, W. Badawy, M. Frontasyeva, W. Arafa, A. E. Hussein, H. El-Samman. Neutron activation analysis to probe the air pollution using plant biomonitoring in Egypt. in RAP Conference Proceedings. 2019. http://doi.org/10.37392/RapProc.2019.25