Ассоциация "Биоэнергоинформатика," Кармиэльское отделение
Взяться за данную публикацию побудили меня три обстоятельства. Во-первых, как и каждого жителя страны, проживающего с детьми и внуками, которые, кстати, служат в армии Израиля, я заинтересован в полноценном водопотреблении. Во-вторых, в связи с тем, что я более 40 лет занимался исследованиями в области водной тематики, в частности, изучением распространенности тяжелых изотопов воды в разных типах природных вод, решая различные научные и прикладные задачи. В-третьих, в прессе в последнее время появляются публикации об остром дефиците пресной воды в стране и необходимости принимать радикальные меры для решения этой проблемы. В качестве альтернативы предлагается использовать морские воды Средиземного моря путём их опреснения.
Институты физиологии им. О.Богомольца и Онкологии Украинской академии наук предложили мне в 1987 г. принять участие в семинаре, который проводился в г. Терсколе, Приэльбрусье, на Медико-биологической станции им. Сиротинина АН УССР. В семинаре также принимали участие научные сотрудники разных специальностей. Основной темой семинара являлось выяснение причин тяжелых хронических заболеваний, мертворождение детей и т.п., которые наблюдались у жителей г. Шевченко (по новому г.Актау), полуостров Мангышлак, Казахстан. О результатах обсуждавшихся вопросов во время этой командировки мной вкратце было сообщено в статье (В.Ветштейн, "Питьевой дейтерий – медико-биологические и экологические проблемы опреснения морской воды",Вести,1.11.2000,с.6),в связи с рассматриваемой тогда в Израиле проблеме опреснения морской воды Средиземного моря. Напомню, что в статье шла речь о том, что в г. Шевченко, расположенном на безводном плато Устюрт, население города на протяжении длительного времени пьет опресненную морскую воду Каспийского моря, получаемую с помощью мощной опреснительной установки, работающей на базе атомного реактора. Детально обсуждались различные причины возникновения заболеваний. В частности, отмечалось, возможное воздействие длительного приема дистиллята с добавлением солей, физико-географические условия расположения города, возможное воздействие промышленной зоны и т .п.
Мной были сделаны предположения о возможном влиянии на здоровье жителей тяжелых изотопных разновидностей воды при длительном употреблении опресненной воды, а также рассмотрены возможные механизмы этого явления. Работами многих исследователей, в том числе и автора данной публикации, показано, что содержание тяжелых изотопов во всех морских бассейнах имеет практически всегда повышенную концентрацию. Контролируется этот процесс, главным образом, солнечным испарением с водного зеркала моря, длительностью формирования его водной массы, речным стоком в него и т.п. Причем накопление солевого и изотопного составов идет, в основном, в одном направлении.
В лабораторных экспериментах при изучении взаимодействия тяжелой воды с биологическими системами установлена изотопно–обменная реакция. Показано, что константа равновесия этой реакции в общем случае лишь не намного превышает единицу, за исключением отношения протия к дейтерию, где она значительна (3,7 при 25оС). По мере роста температуры К приближается к единице для большинства реакций. Иначе говоря, тяжелые изотопы имеют тенденцию концентрироваться в молекулах с самой большой относительной массой, например, в молекулах ДНК, РНК, СО2 и др. в реакции с водой. Было установлено, что при очень небольшом коэффициенте фракционирования изотопов, одноактном или кратковременном процессе опреснения изменения в состоянии здоровья наблюдаться не будут, однако при многократном повторении единичной операции за длительный период процесс накопления тяжелых стабильных изотопов может привести к упомянутым последствием. Не зря специалисты в области химии изотопов говорят, что 1 кг тяжелой воды оценивается в 1 кг золота.
О том, что тяжелая вода неблагоприятно воздействует на организм человека, высших и низших животных, имеется большая научная и прикладная литература. Краткое изложение ее представлено в Большой Советской Энциклопедии, где, в частности, отмечается: "На живые организмы даже небольшие количества тяжелой воды действуют угнетающе, а большие вызывают гибель". Установлено, что прием тяжелой воды, обогащенной до 1,5%, приводит к летальному исходу. К такому же исходу приводит помещение в тяжелую воду рыб, червей, микробов; животные погибают от жажды, если их поить тяжелой водой; не прорастают в ней семена растений и т.п. Особый интерес представляло изучение системы «биологический объект–опресненная вода» на примере субстанций с природной концентрацией изотопов, для чего следовало провести целевые эксперименты. О реализации этих экспериментов, а также об изучении распределения тяжелых изотопов по вертикальному разрезу Каспийского моря-озера в пределах акватория опреснительной установки шла речь с представителями здравоохранения и руководства города Шевченко. К сожалению, в связи с распадом Советского Союза и разрывом финансовых связей этот проект лабораторных экспериментов и изотопно-геохимических исследований был свёрнут.
Не от хорошей жизни, разумеется, предпринимаются в Израиле такие грандиозные проекты как опреснение морской воды Средиземного моря в начале на 50 млн кубов, затем на 100 и далее на миллиард кубов. Скажем прямо, подобная гигантомания никогда и ни в какой области не приводила к хорошим результатам, тем более, когда речь идет о таком повседневном продукте питания, как питьевая вода для населения целой страны. Здесь, мягко говоря, делитантские подходы не допустимы. Для реализации подобных проектов необходимы, на наш взгляд, глубокие разносторонние теоретические и особенно экспериментальные исследования. Необходимо, прежде всего, детально изучить обстановку в г. Шевченко на сегодняшний день, т.е. спустя 20 лет. По имеющимся данным правительство Казахстана планирует отказаться от применения опреснительной воды с переходом на забор ее с устья реки Волга. Необходимо детально изучить для каких целей используется вода из опреснительных установок в ряде других стран. Ранее было известно, что, например, Саудовская Аравия завозит танкерами воду из Новой Зеландии, а фрукты и овощи из Австралии; а свою опресненную воду использует для полива дорог и других технических целей. Не исключается, что многие другие страны, применяя опреснительную технику не подозревают о необходимости вести контроль за содержанием тяжелых изотопов воды и состоянием здоровья населения, которое может сказаться через 2-3 поколения.
Ситуация с проектами опреснения морской воды в Израиле не должна быть результатом келейного решения проблемы, она должна реализовываться путем широкого обсуждения в научной среде и общественностью, ситуация здесь, как на наш взгляд, и это будет показано ниже, не критическая. Все таки здесь чередуются засушливые сезоны с сезонами обильных осадков, когда природный резервуар – Кинерет не может вместить весь объем влаги и ее приходится сбрасывать с Мертвое море, как это имело место в 1992 г. Скажем откровенно, мы не смогли ознакомиться с интересующими нас материалами по опреснению воды, чтобы выяснить, каким образом и для каких целей планируется ее использовать, в каких районах и какими долями и т.д. Пойдет ли эта вода для питьевых целей, на орошение плодовых деревьев и другой пищевой растительности, в каких количествах и т.п.
Несмотря на самое добросовестное планирование, взвешенные методики и, возможно, даже допустим экономические преимущества, тем не менее здоровье людей, здоровье нации должно стоять вне конкуренции. Ведь ни для кого не секрет, что за всю свою многовековую историю человечество, животный и растительный мир всегда и везде использовали для питьевых целей влагу атмосферных осадков, поверхностную и приповерхностную воду к чему адаптированы все наземные организмы. Чтобы резко изменить этот биологически состоявшийся процесс нужно иметь очень веские причины и твёрдые убеждения, что сделано все возможное и альтернативы этому нет. Ниже мы попытаемся показать, что сулит населению страны переход на опреснительное водопотребление.
Как известно, опреснительный процесс состоит из удаления солевого состава из молекулы воды. Обычно вторая его часть - изотопная, по непонятным причинам, не принимается во внимание или вообще замалчивается. Мы считаем необходимым снять табу с этой субстанции и более подробно рассмотреть эту составляющую, позаимствовав данный материал из монографии В.Е.Ветштейна "Изотопы водорода и кислорода природных вод СССР", Л. Недра, 1982, 262 с.
Три изотопа водорода 1Н,2Н(D) ,3Н(Т) и шесть изотопов кислорода – 14О,15О,16О,17О,18О,19О – образуют 36 изотопных разновидностей, из которых только 9 включают стабильные изотопы. Радиоактивные изотопы 14О,15О,19О, жизнь которых измеряется секундами, так же как стабильный изотоп 17О (чрезвычайно слабо распространенный) практически не используются. Радиоактивный изотоп водорода – тритий с периодом полураспада 12,26 лет нашел применение в гидрологических и гидрогеологических исследованиях в сочетании со стабильными изотопами для установления происхождения и времени пребывания вод в зоне активного водообмена.
Наиболее существенную роль во всех природных процессах имеют соотношения стабильных изотопов водорода (D/1Н = 1/6700) и кислорода (18О/16О = 1/500). Несмотря на относительную малость этих соотношений значимость их и других изотопных фрагментов довольно высока, поскольку, так же как и радиоактивные, стабильные изотопы имеют тенденцию воздействовать на организм в стадии накопления. В настоящее время все результаты научных и прикладных исследований с применением стабильных изотопов воды представляют относительно Международных стандартов, разработанных под руководством МАГАТЭ и при участии ряда лабораторий мира, в том числе лаборатории автора, являвшейся базовой лабораторией МАГАТЭ. Обычно все данные изотопных исследований представляют относительно стандарта SMOW в промилле (%о). SMOW представляет собой среднюю пробу воды океанов с соленостью порядка 50%о, отобранную из Атлантического, Тихого и Индийского океанов в интервале глубин от 500 до 2000 м в районах, удаленных от континентального стока и тщательно перемешанную. Были разработаны еще три стандарта (NBS-1, NBS-1A, SLAP), но мы на них останавливаться не будем.
Для оценки биологической опасности при использовании опресненной воды Средиземного моря представляет существенный интерес провести сравнительный анализ по некоторым гидрологическим и изотопным параметрам между водой Каспийского и Средиземного морей. Напомним, что в гидрологических исследованиях принято, в качестве основных типов природных вод, рассматривать три типа с определенными значениями солености и изотопного состава: атмосферные осадки с поверхностными и приповерхностными водами, составляющие группу, т.н. метеогенных вод, морские и океанические воды и подземные воды глубокого залегания – седиментогенные воды. Сведения по этим типам вод получены путем обобщения материалов из литературных источников, а так же из материалов автора. Поскольку прямые определения по Средиземному морю нами не проводились, а другие были недоступны, то эти данные условно приняты по Тирренскому морю, расположенному относительно близко к этому бассейну и имеющему сходное значение по солености воды. Образец воды Тирренского моря был взят при возвращении нис "М. Ломоносов" из районов глубоководных впадин Атлантики, где проводились работы по отбору проб воды по их вертикальному разрезу для изучения распределения D и 18O. Данные по Каспийскому морю проводились путем прямых определений. Все интересующие нас материалы по морским водам обоих сравниваемых морей, и т.н. фоновым, включая образец воды из устья реки Волга, характеризующий поверхностную воду умеренного климата средних широт представлены в таблице.
Таблица
морских водах Каспийского, Средиземного и Тирренского морей в сопоставлении с
фоновыми данными - р. Волга, метеогенными, морскими, океаническими и
подземными водами глубокого залегания
Как следует из таблицы, морская вода Каспийского моря характеризуется относительно низкими величинами солености и содержанием изотопов водорода и кислорода, что связано с природой моря, его бесточностью, разбавленностью пресной водой, в связи большим числом впадающих в него высокодебитных рек (Волга, Урал, Терек, Кура и др). Средиземное море, являясь внутренним морем и, как бы частью Мирового океана, имеет, как видно из таблицы, в несколько раз более высокие показатели содержания солей, дейтерия и кислорода-18 и этим существенно отличается от Каспийского моря-озера. Это прежде всего означает, что если справедливо допущение об изотопно-обменных реакциях на примере объектов природных концентраций, то изменения на здоровье израильтян может проявиться значительно раньше, чем это имело место у жителей г. Шевченко. Тем более, если в опресненной воде будут оставаться включения, которые будут стимулировать изотопно-обменные процессы. Самые низкие значения и наибольший диапазон распределения установлены в области метеогенных вод, а значения бD= - 428%о и б18О = -55,5%о и близкие к ним, выявлены в ледниковой воде Антарктиды, которые, кстати, приняты в качестве одного из Международных стандартов изотопов воды (SLАP). Максимальная концентрация солей установлена в рассолах соленосных отложений Иркутского амфитеатра(620%о), Россия. Высокие значения S, бD, б18О в воде Средиземного моря свидетельствует о том, что к вопросу применения опресненной воды следует относиться достаточно осторожно и постараться, по возможности, избежать ее использования для целей водоснабжения. Если прием опресненной морской воды на жителях г. Шевченко отразился через не очень продолжительные годы, то можно ожидать, что на населении Израиля это может сказаться существенно раньше, хотя по стратегическим соображениям полностью от процесса опреснения при условии его разбавления пресной водой, полностью отказаться, видимо, нельзя, а также использования его в качестве вспомогательного источника воды.
Что следует предпринять в этой неоднозначной ситуации. По нашему мнению, имеется несколько подходов, которые следует рассмотреть. Во-первых, необходимо со всей тщательностью изучить все особенности, связанные с опреснением воды, в том числе содержимое включений в воде, содержание радиоактивных и стабильных изотопов до и после опреснения. Во-вторых, контроль за всеми исследовательскими работами должен осуществляться группой специалистов Министерства здравоохранения, состоящая из биологов, биохимиков, генетиков, химии изотопов. В-третьих, в Израиле, как и во всех цивилизованных странах должен быть разработан и внедрен Государственный стандарт на питьевую и техническую воду. В-четвертых, следует, видимо, еще раз остановиться и напомнить о некоторых не очень новых и не очень простых способах обеспечения население страны обычной пресной водой. Видимо, все эти предложения могут быть изучены и реализованы силами специалистов Управления водного хозяйства и Института гидрологии, изотопные и другие исследования могут быть выполнены научными сотрудниками Института геологии при Иерусалимском университете, где имеется соответствующая инструментальная база.
Подводя итог всему представленному, отметим, что в проблеме удовлетворения потребности Израиля в воде путём опреснения много «но»: известный риск для здоровья населения, в связи с повышенным содержанием тяжелых изотопов (медицина), огромные энергозатраты (экономика), утилизация непомерно больших количеств солей (экология).
В связи с изложенным мы предлагаем некоторые возможности
использования естественных источников природных вод :
- рассмотрим случай, когда вода в Кинерете переполняла заданный уровень и проводились спецработы по ее сбрасыванию. Идея состоит в том, чтобы в пределах территории озера Кинерет или невдалеке следует изыскать природную полость с соответствующей доработкой ее или создать искусственную, например, в районе горы Благодать, и именно эту полость наполнять избыточной озерной водой в годы обильных осадков, с тем чтобы в годы дефицита влаги можно было этой водой восполнить систему водоснабжения. Разумеется, для этого должны быть выполнены проектные и строительные работы по транспортировке воды путем водовода и установки мощных насосов. Должно быть также выполнено технико-экономическое обоснование проекта. Однако здесь заведомо можно сказать, что в финансовом отношении они окажутся существенно эффективнее, чем комплекс работ по опреснению, а главное безопаснее и полезнее для здоровья людей. Попутно отметим, что таким примером естественного накопителя является озеро Байкал, которое, вопреки тому, как это ранее было принято считать, заполнено не морской водой, а, как показано нашими исследованиями совместно с ВНИИЯГом, Россия, фактически заполнено 23 км3 уникально чистой пресной водой речного стока Сибири (бD = -118%о, б18O = -15,7%о, данные автора). Впадина выполнена в виде геосинклинали глубиной более 1000 м;
- использовать дрейфующие в Атлантическом океане айсберги с ледников Антарктиды. Этот проект очень заманчив по ряду факторов, особенно в связи с тем, что ледниковая вода содержит очень низкую концентрацию тяжелой воды. Проект обсуждался разными авторами, однако, из-за технических сложностей транспортировки и извлечения водыне нашел пока практического воплощения;
- накапливать дождевую влагу в водоемах с последующим ее использованием. Подобный проект следовало бы изучать и развивать в пределах отдельных заинтересованных муниципалитетов;
- аккумулировать водяной пар, постоянно присутствующий в воздухе, благодаря непрерывному процессу испарения влаги с водного зеркала Мирового океана. Концентрация водяных паров, особенно в прибрежной зоне постоянно присутствует порядка 50-70% почти на всей территории страны. Задача состоит в том, чтобы подобрать эффективные регенерируемые адсорбенты, либо молекулярные сита и количественно реализовать этот процесс;
- вернуться к ранее обсуждавшейся в СМИ идее транспортировки пресной воды из Турции танкерами или водоводом. Возникает вопрос: почему из Турции можно тянуть нефте- и газопровод, а водовод нельзя. Ответ простой: в нефтегазопродуктах заитересованы частные фирмы, а в водоснабжении населения безвредной пресной водой неизвестно кто.
- вызывать искусственно осадки из туч с помощью установок типа "град";
- возможно, следовало бы объявить конкурс на другие решения данной проблемы с привлечением сочетания даже двух –трех источников воды.
В заключение мы хотели информировать общественность и СМИ Израиля о том, что на основании полученного фактического материала нами установлена повышенная концентрация тяжелых изотопов воды – дейтерия и кислорода-18 в Средиземном море в несколько раз превышающая относительно воды Каспийского моря, при использования которой для питьевых целей в течение длительного времени выявлены тяжелые хронические заболевания. Последнее накладывает существенные ограничения применения опресненной воды Средиземного моря для питьевых целей населения Израиля. Соответствующая просьба к СМИ Израиля, взять под свой контроль необоснованно гигантский размах строительства и внедрения огромного комплекса из семи опреснительных установок.