Natural radionuclides ²³⁸U and ²³²Th in mollusc shells in the Caspian Sea
##plugins.themes.ibsscustom.article.main##
##plugins.themes.ibsscustom.article.details##
Abstract
The accumulation of radionuclides by Caspian molluscs under conditions of natural and anthropogenic-associated environmental dynamics was analyzed. The aim of the work was to study the features of 238U and 232Th concentration, and to assess the accumulation ability of Cardiidae bivalves in the Middle and Northern Caspian by determining the concentration factor (Cf). Sampling covered the period 2012 to 2016. The content of uranium and thorium in shells was assessed by the radiochemical method spectrophotometrically with arsenazo III on Spekol spectrophotometer (238U, at λ = 670 nm; 232Th, at λ = 665 nm), with sequential chromatographic separation of U and Th from a solution using EDE-10P anion-exchange resin. We revealed a positive correlation of uranium with Corg and CaCO3. For Caspian bivalves, values of the ratio U/Corg were found to range from 7 × 10−5 to 45 × 10−5. As shown, 238U accumulation in shells during the growth of molluscs is affected by biotic factors. The first one is species specificity. Thus, molluscs of the Dagestan coast aged 6–7 years are arranged according to the activity concentration (Ac) of 238U in their shells in a decreasing series as follows: Didacna protracta novocaspia > D. protracta protracta > Monodacna caspia > D. trigonoides (53.0, 45.4, 34.0, and 8.82 Bq·kg−1, respectively). Molluscs of the Northern Caspian Sea are arranged as follows: D. protracta novocaspia > D. protracta protracta > D. protracta submedia (31.5, 22.3, and 7.56 Bq·kg−1). The second biotic factor is age: in juveniles, uranium accumulation is 2 times higher than in adult molluscs. The third factor is the presence of an aragonite shell structure. Also, we registered an indirect effect of abiotic factors: the release of hydrothermal waters along tectonic faults at the bottom of the Caspian Sea, with increased seismic activity. In general, a rise in natural radionuclides in the Caspian Sea is a consequence of the aridization. Thorium accumulation in mollusc shells is strongly affected by its occurrence in sediments and the release of formation waters during oil production. As revealed, Caspian bivalves are characterized by Cf values of the order of magnitude as follows: n × 10¹ for 238U and n × 10³ for 232Th. At such levels, hydrobionts intensify the biogenic accumulation of uranium and thorium from seawater, and this contributes to the self-purification of the Caspian Sea waters from radioisotopes. Regional peculiarities in the accumulation ability of Caspian molluscs were revealed. Thus, in shells of adult individuals, the mean values of Cf were 77 for 238U and 1,870 for 232Th. In the Derbent area, increased accumulation of natural radionuclides was noted in D. protracta novocaspia shells: up to (53.0 ± 0.7) Bq·kg−1 for 238U with Cf = 140, and up to (11.0 ± 0.09) Bq·kg−1 for 232Th with Cf = 3,857. The obtained Ac value for 238U (29 Bq·kg−1 in Didacna and Monodacna shells) is close to the mean current values. Cf of uranium in shells is 1.4 times higher than the values recorded in 1975. In the shells of Caspian molluscs, the calculated Ac for 232Th was 5.3 Bq·kg−1; the value was 8 times lower than that registered on the coast of Azerbaijan (in the area of the oil and gas fields of the Northern Caspian Sea), the mean current value, and the maximum permissible concentration of thorium.
Authors
References
Айтеков М.-П. Б. Об условиях сохранения экологического равновесия на газонефтяных месторождениях // Аридные экосистемы. 2017. Т. 23, № 2 (71). С. 42–46. [Aytekov M.-P. B. On the conditions of maintaining the ecological balance on gas and oil fields. Aridnye ekosistemy, 2017, vol. 23, no. 2 (71), pp. 42–46. (in Russ.)]. https://elibrary.ru/yrnqnv
Аринушкина Е. В. Руководство по химическому анализу почв : 2-е изд., перераб. и доп. Москва : Изд-во Московского университета, 1970. 487 с. [Arinushkina E. V. Rukovodstvo po khimicheskomy analizu pochv : 2-e izd., pererab. i dop. Moscow : Izd-vo Moskovskoko universiteta, 1970, 487 p. (in Russ.)]
Батурин Г. Н. Уран в современном морском осадкообразовании. Москва : Атомиздат, 1975. 152 с. [Baturin G. N. Uran v sovremennom morskom osadkoobrazovanii. Moscow : Atomizdat, 1975, 152 p. (in Russ.)]
Бигалиев А. Б., Кожахметова А. Н. Загрязнение нефтью и сопутствующими тяжёлыми металлами, радионуклидами и накопление в организме гидробионтов казахстанской зоны Каспия // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2020. Т. 331, № 12. С. 60–66. [Bigaliev A. B., Kozhakhmetova A. N. Oil pollution and associated heavy metals, radionuclides in the body of hydrobionts of the Kazakhstan zone of the Caspian Sea. Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta. Inzhiniring georesursov, 2020, vol. 331, no. 12, pp. 60–66. (in Russ.)]. https://doi.org/10.18799/24131830/2020/12/2939
Бутаев А. М., Абдулаева А. С., Гуруев М. А. Радиоактивность природных вод и искусственные радионуклиды в объектах биосферы Дагестана // Вестник Дагестанского научного центра РАН. 2006. № 24. С. 62–69. [Butaev A. M., Abdulaeva A. S., Guruev M. A. Radioaktivnost’ prirodnykh vod i iskusstvennye radionuklidy v ob”ektakh biosfery Dagestana. Vestnik Dagestanskogo nauchnogo tsentra RAN, 2006, no. 24, pp. 62–69. (in Russ.)]. https://elibrary.ru/shjatl
Вернадский В. И. Химическое строение биосферы Земли и её окружения. Москва : Наука, 1965. 374 с. [Vernadsky V. I. Khimicheskoe stroenie biosfery Zemli i ee okruzheniya. Moscow : Nauka, 1965, 374 p. (in Russ.)]
Воротницкая И. Е. Биогенная миграция урана в озере Иссык-Куль : автореф. дис. … канд. биол. наук / Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова. Москва, 1965. 17 с. [Vorotnitskaya I. E. Biogennaya migratsiya urana v ozere Issyk-Kul’ : avtoref. dis. … kand. biol. nauk / Moskovskii gosudarstvennyi universitet imeni M. V. Lomonosova. Moscow, 1965, 17 p. (in Russ.)]
Газалиев И. М., Идрисов И. А., Бабаев М. Р., Ахмедов А. М. Естественная радиоактивная аномалия нефтегазоносной площади Дузлак (Дагестан) // Современные проблемы геологии, геофизики и геоэкологии Северного Кавказа : материалы II Всероссийской конференции, 08–10 ноября 2012 г., Грозный. Грозный : Академия наук Чеченской Республики, 2012. С. 299–301. [Gazaliev I. M., Idrisov I. A., Babaev M. R., Akhmedov A. M. Estestvennaya radioaktivnaya anomaliya neftegazonosnoi ploshchadi Duzlak (Dagestan). In: Sovremennye problemy geologii, geofiziki i geoekologii Severnogo Kavkaza : materialy II Vserossiiskoi konferentsii, 08–10 noyabrya 2012 g., Grozny. Grozny : Akademiya nauk Chechenskoi Respubliki, 2012, pp. 299–301. (in Russ.)]
Доманов М. М., Доманова Е. Г., Верховская З. И. Радиоэкологические аспекты освоения морских нефтеносных регионов (нежелательные спутники прогресса) : [презентация] // Международный форум «Каспийский диалог – 2012», 2-е заседание, Москва, 26–27 апреля 2012 г. [Москва, 2012]. [Domanov M. M., Domanova E. G., Verkhovskaya Z. I. Radioekologicheskie aspekty osvoeniya morskikh neftenosnykh regionov (nezhelatel’nye sputniki progressa) : [presentation]. In: Mezhdunarodnyi forum “Kaspiiskii dialog – 2012”, 2-e zasedanie, Moskva, 26–27 aprelya 2012 g. [Moscow, 2012]. (in Russ.)]. URL: http://www.caspiansovet.ru/Prezentacii/energiya_kaspiya_energiya_mira_1_zasedanie/vtoroe_zasedanie.php [accessed: 10.02.2025].
Егоров В. Н. Теория радиоизотопного и химического гомеостаза морских экосистем. Севастополь : ФИЦ ИнБЮМ, 2019. 356 с. [Egorov V. N. Theory of Radioisotope and Chemical Homeostasis of Marine Ecosystems. Sevastopol : IBSS, 2019, 356 p. (in Russ.)]. https://doi.org/10.21072/978-5-6042938-5-0
Золотарёв В. Н. Склерохронология морских двустворчатых моллюсков / АН УССР, Институт биологии южных морей имени А. О. Ковалевского. Киев : Наукова думка, 1989. 112 с. [Zolotarev V. N. Sklerokhronologiya morskikh dvustvorchatykh mollyuskov / AN USSR, Institut biologii yuzhnykh morei imeni A. O. Kovalevskogo. Kyiv : Naukova dumka, 1989, 112 p. (in Russ.)]
Карыгина Н. В., Попова О. В. Средние характерные концентрации токсикантов в донных отложениях дельты Волги и Северного Каспия // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Рыбное хозяйство. 2017. № 4. С. 29–36. [Karygina N. V., Popova O. V. Average characteristic concentrations of toxicants in bottom sediments of the Volga delta and northern part of the Caspian Sea. Vestnik Astrakhanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Seriya: Rybnoe khozyaistvo, 2017, no. 4, pp. 29–36. (in Russ.)]. https://doi.org/10.24143/2073-5529-2017-4-29-36
Кузнецов Ю. В. Радиохронология океана. Москва : Атомиздат, 1976. 280 с. [Kuznetsov Yu. V. Radiokhronologiya okeana. Moscow : Atomizdat, 1976, 280 p. (in Russ.)]
Логвиненко Б. М., Старобогатов Я. И. Тип Моллюски. Mollusca // Атлас беспозвоночных Каспийского моря. Москва : Пищевая промышленность, 1968. С. 308–385. [Logvinenko B. M., Starobogatov Ya. I. Tip Mollyuski. Mollusca. In: Atlas bespozvonochnykh Kaspiiskogo morya. Moscow : Pishchevaya promyshlennost’, 1968, pp. 308–385. (in Russ.)]. https://elibrary.ru/ypvidj
Мацапулин В. У., Юсупов А. Р., Черкашин В. И. Позднекайнозойский вулканизм северной окраины орогена Восточного Кавказа (Дагестан) // Вестник Дагестанского научного центра РАН. 2008. № 32. С. 12–20. [Matsapulin V. U., Yusypov A. R., Cherkashin V. I. Late-Cainozoic volcanism in the north area of Eastern Caucasus orogen (Daghestan). Vestnik Dagestanskogo nauchnogo tsentra RAN, 2008, no. 32, pp. 12–20. (in Russ.)]. https://elibrary.ru/ktzsnt
Неручев С. Г. Уран и жизнь в истории Земли. 2-е изд., испр. и доп. Санкт-Петербург : ВНИГРИ, 2007. 326 с. [Neruchev S. G. Uran i zhisn’ v istorii Zemli. 2-e izd., ispr. i dop. Saint Petersburg : VNIGRI, 2007, 326 p. (in Russ.)]
Оглоблин К. Ф. Закономерности и распространение урана и тория в раковинах современных и ископаемых моллюсков : автореф. дис. … канд. геол.-мин. наук : 04.00.09 / Константин Фёдорович Оглоблин ; Азербайджанский университет имени С. М. Кирова. Баку, 1975. 26 с. [Ogloblin K. F. Zakonomernosti i rasprostranenie urana i toriya v rakovinakh sovremennykh i iskopaemykh mollyuskov : avtoref. dis. … kand. geol.-min. nauk : 04.00.09 / Konstantin Fedorovich Ogloblin ; Azerbaidzhanskii universitet imeni S. M. Kirova. Baku, 1975, 26 p. (in Russ.)]
Оглоблин К. Ф., Халифа-заде Ч. М. Распространение урана в раковинах современных и ископаемых моллюсков // Геохимия. 1974. № 2. С. 315–320. [Ogloblin K. F., Khalifa-zade Ch. M. Rasprostranenie urana v rakovinakh sovremennykh i iskopaemykh mollyuskov. Geokhimiya, 1974, no. 2, pp. 315–320. (in Russ.)]
Паньков И. В. Накопление долгоживущих радионуклидов моллюсками рода Dreissena в условиях днепровских водохранилищ // Гидробиологический журнал. 1994. Т. 30, № 2. С. 93–96. [Pan’kov I. V. Accumulation of long-living radionuclides in molluscs of genus Dreissena in conditions of Dnieprovian water reservoirs. Gidrobiologicheskii zhurnal, 1994, vol. 30, no. 2, pp. 93–96. (in Russ.)]
Поликарпов Г. Г., Егоров В. Н. Морская динамическая радиохемоэкология. Москва : Энергоатомиздат, 1986. 176 с. [Polikarpov G. G., Egorov V. N. Morskaya dinamicheskaya radiokhemoekologiya. Moscow : Energoatomizdat, 1986, 176 p. (in Russ.)]. https://repository.marine-research.ru/handle/299011/7683
Попов Д. К., Поникарова Т. М. Методические рекомендации по определению валового урана и тория в породах, почвах и золе растений. Ленинград : Институт радиационной гигиены и санитарии, 1981. 15 с. [Popov D. K., Ponikarova T. M. Metodicheskie rekomendatsii po opredeleniyu valovogo urana i toriya v porodakh, pochvakh i zole rastenii. Leningrad : Institut radiatsionnoi gigieny i sanitarii, 1981, 15 p. (in Russ.)]
Попов Н. И., Фёдоров К. Н., Орлов В. М. Морская вода : справочное руководство : (состав, термические характеристики, химические равновесия, физические свойства) / под ред. А. С. Монина. Москва : Наука, 1979. 327 с. [Popov N. I., Fedorov K. N., Orlov V. M. Morskaya voda : spravochnoe rukovodstvo : (sostav, termicheskie kharakteristiki, khimicheskie ravnovesiya, fizicheskie svoistva) / A. S. Monin (Ed.). Moscow : Nauka, 1979, 327 p. (in Russ.)]
Попов С. В. Микроструктура раковин и систематика кардиид. Москва : Наука, 1977. 124 с. (Труды Палеонтологического института ; т. 153). [Popov S. V. The Shell Structure and System of the Cardiids. Moscow : Nauka, 1977, 124 p. (Trudy Paleontologicheskogo instituta ; vol. 153). (in Russ.)]
Порядок расчёта контрольных уровней содержания радионуклидов в донных отложениях морских водных объектов : рекомендации Р 52.18.873-2018 / Росгидромет. Обнинск : ФГБУ «НПО «Тайфун», 2019. 29 с. [Poryadok rascheta kontrol’nykh urovnei soderzhaniya radionuklidov v donnykh otlozheniyakh morskikh vodnykh ob”ektov : rekomendatsii R 52.18.873-2018 / Rosgidromet. Obninsk : FGBU “NPO “Taifun”, 2019, 29 p. (in Russ.)]
Радиогидрогеологические исследования при прогнозировании и поисках урановых месторождений, связанных с зонами пластового окисления / Е. В. Анкудинов, А. Г. Арье, А. М. Боголюбов и др. Ленинград : Недра, 1988. 168 с. [Radiogidrogeologicheskie issledovaniya pri prognozirovanii i poiskakh uranovykh mestorozhdenii, svyazannykh s zonami plastovogo okisleniya / E. V. Ankudinov, A. G. Ar’e, A. M. Bogolyubov, et al. Leningrad : Nedra, 1988, 168 p. (in Russ.)]
СанПиН 2.6.1.2523-09. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009). Утверждены постановлением Главного государственного санитарного врача РФ от 07.09.2009 № 47. Нормативный документ. Москва, 2009. [SanPiN 2.6.1.2523-09. Normy radiatsionnoi bezopasnosti (NRB-99/2009). Utverzhdeny postanovleniem Glavnogo gosudarstvennogo vracha RF ot 07.09.2009 no. 47. Normativnyi dokument. Moscow, 2009. (in Russ.)]
Синтюрина А. В., Бигалиев А. Б. Особенности аккумуляции радионуклидов гидробионтами и обитателями прибрежной зоны Северо-Каспийского региона // Вестник Казахского национального университета. Серия экологическая. 2009. Т. 24, № 1. С. 97–101. [Sintyurina A. V., Bigaliev A. B. Osobennosti akkumulyatsii radionuklidov gidrobiontami i obitatelyami pribrezhnoi zony Severo-Kaspiiskogo regiona. Vestnik Kazakhskogo natsional’nogo universiteta. Seriya ekologicheskaya, 2009, vol. 24, no. 1, pp. 97–101. (in Russ.)]
Титаева Н. А. Ядерная геохимия. Москва : Изд-во МГУ, 1992. 272 с. [Titaeva N. A. Yadernaya geokhimiya. Moscow : Izd-vo MGU, 1992, 272 p. (in Russ.)]
Тяжёлые естественные радионуклиды в биосфере: миграция и биологическое действие на популяции и биогеоценозы / Р. М. Алексахин, Н. П. Архипов, Р. М. Бархударов и др. ; под ред. Р. М. Алексахина ; АН СССР. Коми научный центр Уральского отделения. Москва : Наука, 1990. 368 с. [Tyazhelye estestvennye radionuklidy v biosfere: migratsiya i biologicheskoe deistvie na populyatsii i biogeotsenozy / R. M. Aleksakhin, N. P. Arkhipov, R. M. Barkhudarov, et al. ; R. M. Aleksakhin (Ed.) ; AN SSSR, Komi nauchnyi tsentr Ural’skogo otdeleniya. Moscow : Nauka, 1990, 368 p. (in Russ.)]
Фесенко С. В., Емлютина Е. С. Концентрация тория в природных средах: обзор мировых данных // Радиационная биология. Радиоэкология. 2020. Т. 60, № 6. С. 647–660. [Fesenko S. V., Emlutina E. S. Thorium concentrations in the environment: A review of the world data. Radiatsionnaya biologiya. Radioekologiya, 2020, vol. 60, no. 6, pp. 647–660. (in Russ.)]. https://doi.org/10.31857/s0869803120050033
Adams J. A. S., Osmond J. K., Rogers J. J. W. The geochemistry of thorium and uranium. Physics and Chemistry of the Earth, 1959, vol. 3, pp. 298–348. https://doi.org/10.1016/0079-1946(59)90008-4
Almazán Torres M. G., Almazán Martínez M. S., Ordoñez Regil E., Ramírez Villalva A. Bioaccumulation of 238U and 239+240Pu in bivalve mollusks from different coastal areas of Mexico. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 2025, vol. 334, iss. 2, pp. 1649–1659. https://doi.org/10.1007/s10967-024-09922-8
Blanchard R. L., Cheng M. H., Potratz H. A. Uranium and thorium series disequilibria in recent and fossil marine molluscan shells. Journal of Geophysical Research, 1967, vol. 72, iss. 18, pp. 4745–4757. https://doi.org/10.1029/jz072i018p04745
Bowen H. J. M. Environmental Chemistry of the Elements. London ; New York : Academic Press, 1979, 333 p.
Canadian Water Quality Guidelines for the Protection of Aquatic Life. Uranium. [Winnipeg] : Canadian Council of Ministers of the Environment, 2011, 9 p.
Duong V.-H., Duong D.-T., Bui L. V., Kim T. T., Bui H. M., Tran T. D., Phan T. T., Nguyen T.-D. Radiological hazard assessment of high-level natural radionuclides in surface sediments along Red River, Vietnam. Archives of Environmental Contamination and Toxicology, 2023, vol. 85, iss. 3, pp. 302–313. https://doi.org/10.1007/s00244-023-01003-3
Koide M., Lee D. S., Goldberg E. D. Metal and transuranic records in mussel shells, byssal threads and tissues. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 1982, vol. 15, iss. 6, pp. 679–695. https://doi.org/10.1016/0272-7714(82)90079-8
Patel K. S., Sharma S., Maity J. P., Martín-Ramos P., Fiket Ž., Bhattacharya P., Zhu Y. Occurrence of uranium, thorium and rare earth elements in the environment: A review. Frontiers in Environmental Science, 2023, vol. 10, art. 1058053 (18 p.). https://doi.org/10.3389/fenvs.2022.1058053
Salikhov S., Asvarova T., Gasanov G., Abdulayeva A., Hajiyev K., Bashirov R., Akhmedova Z., Gimbatova K., Aytemirov A., Magomedov N., Musaev M. Rate of migration of natural radionuclides in soil-plant cover of the North-Western Precaspian region. Ponte, 2017, vol. 73, iss. 6, pp. 75–90. https://doi.org/10.21506/j.ponte.2017.6.5
Sun J., Men W., Wang F., Wu J. Activity levels of 210Po, 210Pb and other radionuclides (134Cs, 137Cs, 90Sr, 110mAg, 238U, 226Ra and 40K) in marine organisms from coastal waters adjacent to Fuqing and Ningde nuclear power plants (China) and radiation dose assessment. Frontiers in Marine Science. Section Marine Biogeochemistry, 2021, vol. 8, art. 702124 (11 p.). https://doi.org/10.3389/fmars.2021.702124
Tan K., Cai X., Tan K., Kwan K. Y. A review of natural and anthropogenic radionuclide pollution in marine bivalves. Science of The Total Environment, 2023, vol. 896, art. 165030 (13 p.). https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.165030
Tatsumoto M., Goldberg F. Same aspect of the marine geochemistry of uranium. Geochimica et Cosmochimica Acta, 1959, vol. 17, iss. 3–4, pp. 201–208. https://doi.org/10.1016/0016-7037(59)90094-8