Группа ученых Лаборатории нейтронной физики ОИЯИ совместно с египетскими коллегами проверила элементный состав поверхностных донных отложений в долине Нила и почв на берегах реки и выяснила, что в целом результаты работ позволяют заявить о том, что река чистая. Пробы отбирали в Египте, и, хотя критических значений исследователи не нашли, есть риск, что ситуация может стать хуже.

Река Нил, Каир. Фото © unsplash.com

Нил, крупнейший источник чистой питьевой воды на засушливом африканском континенте, закономерно на протяжении тысячелетий притягивает к себе людей. Это значит, что в странах на берегах одной из двух величайших по протяженности рек в мире остро стоит проблема перенаселения. Жизнедеятельность людей ощутимо влияет на речную экосистему: в реку сбрасываются отходы, на ее берегах строятся заводы, происходит расширение урбанизации, ведется сельское хозяйство, в том числе с использованием удобрений.

Для Египта вопрос об экологическом состоянии Нила особенно актуален, ведь дополнительным поводом для беспокойства служат плотины, — например, строящаяся плотина GERD в Эфиопии и уже действующая Асуанская плотина на юге Египта, — которые препятствуют транспортировке донных отложений. Помимо этого, плотины препятствуют доставке аллювиальных веществ в окружающую среду. Это означает, что регионы, которые расположены ниже по течению от плотин, страдают от нехватки необходимых для плодородия почв веществ. Урожаи беднеют, и фермеры используют все больше химических удобрений. Это ведет к повышению засоления почвы на берегах реки и значительному повышению содержания токсикантов в почве и воде, которые через пищевую сеть попадают в организм человека, фауну и флору.

Асуанская дамба. Фото © almalnews.com

Вопрос об экологии реки долго оставался без ответа, но научные контакты ученых ОИЯИ и Египта выросли в крупный международный проект, который стартовал в 2011 году. Его инициаторами стали советник при дирекции ЛНФ Марина Фронтасьева со стороны ОИЯИ и профессор Университета Менуфия Хуссейн Эльсамман со стороны Египта. Ученые ЛНФ предложили египетским коллегам использовать уникальный метод нейтронного активационного анализа, чтобы проверить элементный состав образцов из долины реки. Всего научный коллектив исследовал более 175 образцов. Выбор донных отложений и почв для оценки экологической ситуации и анализа обусловил сам метод, для которого необходимы твердые образцы. Международная научная группа определяла происхождение химических элементов в пробах и уровень их накопления, чтобы сделать вывод об экологическом состоянии реки.

На начальном этапе исследования образцы собрали от юга Египта до Асуанской дамбы и от Каира до Александрии, включая дельту реки. Впоследствии исследование “покрыло” всю территорию Египта — от юга до севера, где Нил впадает в Средиземное море.

Ваель Бадави в процессе работ в ЛНФ ОИЯИ

Поскольку подобное исследование экологического состояния водных ресурсов стало пионерским для Египта, физики проводили сравнение со значениями, полученными в ходе исследований подобных образцов в других странах. Всего в египетских пробах нашли 32 химических элемента. Оказалось, что их концентрации ниже по сравнению с другими странами, то есть Нил чище других водоемов, состояние которых уже изучали. Однако, участники исследования отмечают, что есть и сильно загрязненные места, например, в устье реки и в районе города Хелуан. В некоторых пробах анализ показал повышенное содержание титана, мышьяка, натрия, магния, урана, тория и хлора. “Их происхождение в почвах и донных отложениях разное, — рассказал старший научный сотрудник группы нейтронного активационного анализа ЛНФ, руководитель национальной группы Египта в ОИЯИ Ваель Бадави. — Где-то оно было естественным, а в каких-то пробах элементы появились смешанным способом, то есть им в этом помогла не только природа, но и деятельность человека. В случае с этими элементами мы можем говорить о влиянии добычи фосфата и его транспортировке”. Но несмотря на это, среднее значение содержания этих тяжелых элементов соответствуют или даже ниже общемировых, опубликованных в литературе. Особое внимание исследователи обращали на значения для потенциально загрязняющих элементов, таких как никель, медь и цинк. Их содержание в образцах не было превышено.

Процесс отбора проб

Работа международной группы стала стартом для сбора референтных значений содержания химических элементов именно для Нила в Египте. Это поможет с большей точностью отслеживать состояние реки в будущем. Ученые планируют развивать этот проект и провести такой же анализ проб, взятых в лагунах и озерах в дельте реки. Поскольку Нил протекает через 12 стран от истока до своего устья, в дальнейшем исследователи не ограничатся лишь территорией Египта. “Мы хотим предложить всем странам бассейна Нила объединиться для мега-проекта и провести такой же анализ на других территориях в долине одной из крупнейших водных артерий мира, чтобы построить исчерпывающую картину экологической ситуации в бассейне Нила”, — поделился дальнейшими планами группы Ваель Бадави. Так, следующими странами для подобных исследований могли бы стать Судан, Эфиопия, и Танзания.

Хотя результаты исследования не показали критических превышений содержания химических элементов, вероятность, что ситуация может ухудшиться, сохраняется и требует постоянного мониторинга. Результаты работ уже были опубликованы в престижных рецензируемых журналах и могут быть использованы в дальнейшем для исследований в различных областях. Ученые надеются инициировать образовательные и охранные эко-программы и сделать подобные исследования регулярными, что позволит прослеживать динамику экологической обстановки в бассейне Нила.

Список публикаций:

1. Badawy WM, Duliu O, El-Taher A, Elsenbawy A, Dmitriev AY, El-Gamal A, Arafa W. Datasets of trace elements in shallow marine sediments along the Egyptian shore of the Mediterranean and Red Seas. Data in Brief. 2022;42:108217. DOI: https://doi.org/10.1016/j.dib.2022.108217.
2. Badawy W, Elsenbawy A, Dmitriev A, El Samman H, Shcheglov A, El-Gamal A, Kamel NHM, Mekewi M. Characterization of major and trace elements in coastal sediments along the Egyptian Mediterranean Sea. Marine Pollution Bulletin. 2022;177:113526. DOI: https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2022.113526.
3. Badawy WM, Duliu OG, Frontasyeva MV, El-Samman H, Mamikhin SV. Dataset of elemental compositions and pollution indices of soil and sediments: Nile River and delta -Egypt. Data Brief. 2020;28:105009. DOI: 10.1016/j.dib.2019.105009.
4. Badawy W, Frontasyeva MV, Ibrahim M. Vertical Distribution of Major and Trace Elements in a Soil Profile from the Nile Delta, Egypt. Ecological Chemistry and Engineering S-Chemia I Inzynieria Ekologiczna S. 2020;27(2):281-294. DOI: 10.2478/eces-2020-0018.
5. Arafa WM, Badawy WM, Fahmi NM, Ali K, Gad MS, Duliu OG, Frontasyeva MV, Steinnes E. Geochemistry of sediments and surface soils from the Nile Delta and lower Nile valley studied by epithermal neutron activation analysis. Journal of African Earth Sciences. 2015;107:57-64. DOI: 10.1016/j.jafrearsci.2015.04.004.
6. Badawy W, Duliu OG, Frontasyeva MV, El-Samman H. Distribution of Major and Trace Elements in Soil and Sediments Along the Nile River and Delta—(Egypt): A Case Study. In DM Doronzo, E Schingaro, JS Armstrong-Altrin, and B Zoheir, editor. Petrogenesis and Exploration of the Earth’s Interior. Springer International Publishing: Cham; 2019. ISBN: 978-3-030-01574-9, 978-3-030-01575-6. DOI: 10.1007/978-3-030-01575-6_22.
7. Badawy WM, Duliu OG, Frontasyeva MV, El Samman H, Faanhof A. Environmental radioactivity of soils and sediments: Egyptian sector of the Nile valley. Isotopes Environ Health Stud. 2018;54(5):535-547. DOI: 10.1080/10256016.2018.1482292.
8. Badawy WM, Ghanim EH, Duliu OG, El Samman H, Frontasyeva MV. Major and trace element distribution in soil and sediments from the Egyptian central Nile Valley. Journal of African Earth Sciences. 2017;131:53-61. DOI: 10.1016/j.jafrearsci.2017.03.029.