Osam najčudnijih otkrića koja su naučnici pronašli u Černobilju

Kada je reaktor 4 Černobiljske nuklearne elektrane eksplodirao u aprilu 1986. godine, izazvao je jednu od najgorih nuklearnih katastrofa koje je čovečanstvo ikada doživelo, piše Science Focus.

Eksplozija i požar koji je usledio oslobodili su ogromne količine radioaktivnog materijala u atmosferu, šireći radioaktivne zagađivače na više od 100.000 kvadratnih kilometara teritorije Sovjetskog Saveza i Evrope.

Stotine hiljada ljudi bile su evakuisane, dok je katastrofa ostavila dugotrajne posledice po zdravlje ljudi, životnu sredinu i budućnost nuklearne energije.

Ipak, usred razaranja dogodilo se nešto izuzetno. Napušteni reaktor i okolna zona isključenja postali su svojevrsni dugoročni eksperiment kakav naučnici nikada ne bi mogli namerno da osmisle.

Tokom protekle četiri decenije istraživači su došli do iznenađujućih saznanja o hemiji, evoluciji i izuzetnoj otpornosti života u ekstremnim uslovima.

Evo nekih od najčudnijih otkrića do kojih su naučnici došli u Černobilju.

Slonova noga

„Slonova noga“ je masa istopljenog materijala teška 2,2 tone, koja je nastala ispod reaktora 4.

Kada se jezgro reaktora pregrejalo, temperatura je porasla iznad 1.600 stepeni Celzijusa, zbog čega se nuklearno gorivo od uranijuma istopilo i pomešalo sa cirkonijumskom legurom koja je obavijala gorivne šipke, kao i sa čelikom, betonom, peskom i silicijumom iz same zgrade reaktora.

Rezultat je bila rastopljena lava nalik staklu koja je tekla kroz oštećeni reaktor, a zatim se ohladila i očvrsla u smeđu, naboranu strukturu poznatu kao „Slonova noga“.

Ovaj redak materijal, poznat kao korijum ili materijal koji sadrži gorivo, izuzetno je složena supstanca.

Sadrži desetine različitih minerala, metala i radioaktivnih izotopa koji su se stopili pod uslovima koje je gotovo nemoguće reprodukovati.

Sličan korijum nastao je samo tri puta u istoriji čovečanstva: tokom nesreće na ostrvu Tri Majl u Pensilvaniji 1979. godine, u Černobilju 1986. godine i tokom nuklearne katastrofe u nuklearnoj elektrani Fukušima Daiči u Japanu 2011. godine.

Pošto korijum beleži ekstremne temperature i hemijske reakcije do kojih dolazi, njegovo proučavanje poboljšalo je razumevanje razvoja teških nuklearnih nesreća, interakcije goriva i rashladnog sredstva, kao i dugoročnog ponašanja ostataka nuklearnog goriva. To pomaže i pri razgradnji reaktora i u razvoju bezbednijih konstrukcija.

Kada je „Slonova noga“ prvi put otkrivena, oko osam meseci nakon nuklearne katastrofe, emitovala je oko 8.000 do 10.000 rendgena zračenja na sat.

To je bilo dovoljno da ubije čoveka za nekoliko minuta.

Zbog intenzivne radioaktivnosti uzimanje uzoraka bilo je izuzetno opasno, dok se struktura nalik staklu pokazala previše tvrdom za bušilice kojima se upravljalo na daljinu.

Radnici su zato na kraju pribegli ispaljivanju pancirnih metaka iz puške AK-47 kako bi odlomili delove za analizu. Ti sićušni uzorci omogućili su naučnicima da prvi put detaljno prouče korijum.

„Slonova noga“ nastavila je da se menja i tokom decenija nakon katastrofe.

Dok radioaktivni raspad, vlaga i vazduh polako menjaju materijal, njegova površina počela je da puca i mrvi se, stvarajući nove minerale koji sadrže uranijum. Istraživači ih proučavaju kako bi bolje predvideli kako će se korijum menjati tokom narednih decenija.

To znanje moglo bi da bude dragoceno za dugoročnu razgradnju i sanaciju Černobilja i Fukušime.

Černobilit

Kada su naučnici analizirali uzorke „Slonove noge“, otkrili su mikroskopske kristale neobične mineralne faze koja sadrži uranijum unutar korijuma.

Ovaj uranijum-cirkonijum-silikat, nazvan černobilit, jeste „tehnogena“ supstanca, što znači da je nastala ljudskom tehnologijom i da se ne pojavljuje prirodno.

Poput okolnog korijuma, černobilit ostaje radioaktivan jer sadrži uranijum i zarobljava radioaktivne produkte fisije nastale tokom nuklearnih reakcija.

Pošto može da zarobi ove radioaktivne elemente, ovaj mineral može uticati na to koliko lako takvi zagađivači vremenom mogu da se kreću kroz životnu sredinu.

Istraživači sa Univerziteta u Šefildu uspeli su 2020. godine da u laboratoriji sintetizuju korijum, zajedno sa kristalima černobilita, što im je omogućilo da detaljnije prouče njegova svojstva.

Proizvodnjom ovih materijala u kontrolisanim uslovima naučnici mogu da proučavaju njihovu strukturu i ponašanje bez rukovanja visoko radioaktivnim uzorcima sa lokacije reaktora.

Radioaktivni ostaci

Grafit je imao ključnu ulogu i u radu reaktora i u katastrofi koja je usledila.

Nuklearni reaktori elektrane koristili su dugačke, tanke kontrolne šipke sastavljene iz nekoliko delova. Glavni deo svake šipke bio je napravljen od bor-karbida, materijala koji apsorbuje neutrone i usporava reakciju nuklearne fisije.

Na njihovom kraju nalazio se deo od grafita, materijala koji služi kao moderator neutrona tako što usporava brze neutrone i povećava verovatnoću fisije, odnosno ubrzava reakciju.

Podizanjem ili spuštanjem ovih šipki kroz kanale sa gorivom u reaktoru, operateri su mogli pažljivo da kontrolišu brzinu nuklearne reakcije u bezbednim granicama.

Međutim, kada je rutinski bezbednosni test na reaktoru 4 pošao po zlu, grafitni delovi svih kontrolnih šipki istovremeno su se zaglavili, što je dovelo do nuklearne lančane reakcije koja je na kraju izazvala eksploziju reaktora.

Kada je vazduh prodro u oštećeni reaktor, užarene grafitne šipke možda su doprinele izbijanju požara, koji je oslobodio velike količine radioaktivnih emisija u atmosferu i izazvao drugu eksploziju.

Eksplozije su razbacale komade radioaktivnog grafita na sve strane, doprinoseći kontaminaciji okolnog područja.

Nakon eksplozije, ljudski dobrovoljci poznati kao „likvidatori“ poslati su nazad u ovo područje sa zadatkom da uklone radioaktivne komade grafita.

Radeći u izuzetno opasnim uslovima, bili su izloženi visokim dozama zračenja, a mnogi su kasnije umrli od bolesti povezanih sa zračenjem.

Luminescencija izazvana zračenjem

U satima nakon eksplozije, neki meštani prijavili su da su videli neobičan plavičasti sjaj koji je dopirao iz ruševina elektrane.

Iako je malo svedočenja o ovom fenomenu, jedno moguće objašnjenje je redak fenomen poznat kao Čerenkovljevo zračenje. Do njega dolazi kada naelektrisana čestica, poput elektrona nastalog radioaktivnim raspadom, putuje brže od svetlosti.

Iako brzinu svetlosti doživljavamo kao svojevrsno maksimalno ograničenje brzine u svemiru, ovo ograničenje odnosi se na svetlost koja putuje kroz vakuum. Kada svetlost prolazi kroz neku supstancu, poput vode ili vazduha, ona se malo usporava.

To znači da elektroni visoke energije nastali unutar nuklearnog reaktora ponekad mogu da se kreću brže od svetlosti koja prolazi kroz isti materijal. Kada se to dogodi, stvaraju slab plavičasti sjaj poznat kao Čerenkovljevo zračenje.

Ovaj optički udarni talas sličan je zvučnom udaru – oštrom pucketavom zvuku koji nastaje kada se objekat kreće kroz vazduh brže od brzine zvuka.

Kod Čerenkovljevog zračenja poremećaj stvara elektromagnetno polje, a ne pritisak vazduha.

Karakteristična plava boja nastaje zato što je emitovano zračenje najjače na kraćim talasnim dužinama, ka plavom delu vidljivog spektra.

Čerenkovljevo zračenje najčešće se posmatra u nuklearnim reaktorima pod vodom, koji imaju karakterističan plavi sjaj. Ipak, moguće je da je izloženo jezgro reaktora u Černobilju takođe emitovalo određenu količinu Čerenkovljevog zračenja neposredno nakon eksplozije.

Ako jeste, bila bi to veoma slaba svetlost, jedva vidljiva golim okom.

Povratak divljih životinja

Jedno od najiznenađujućih otkrića jeste koliko brzo su se divlje životinje vratile u Zonu isključenja Černobilja, površine 2.600 kvadratnih kilometara koja okružuje nuklearnu elektranu i koja je evakuisana nakon katastrofe.

Ovo područje bilo je izloženo nekim od najviših nivoa radioaktivne kontaminacije. Iako su danas dozvoljeni ograničeni turizam i naučna istraživanja, pristup javnosti i dalje je ograničen.

Neposredno nakon nuklearne katastrofe, priroda u okolini pokazivala je znake teškog ekološkog kolapsa.

Borova šuma udaljena samo četiri kilometra od elektrane apsorbovala je toliko visoku dozu zračenja da su iglice na drveću nekoliko dana nakon topljenja jezgra postale crvenkasto-narandžaste, a većina stabala je uvenula.

Ovo područje postalo je poznato kao Crvena šuma i i dalje je jedan od najkontaminiranijih delova zone isključenja.

U najteže pogođenim područjima zabeleženo je i masovno uginuće sitnih sisara, beskičmenjaka i mikroorganizama u zemljištu. Pošto je bilo manje mikroorganizama koji razgrađuju organsku materiju, opalo lišće počelo je da se gomila na šumskom tlu umesto da se normalno razgrađuje.

Mnogi su pretpostavljali da će kontaminirani pejzaž vekovima ostati ekološka pustoš. Međutim, naučnici su otkrili mnogo složeniju sliku. Kako je nivo zračenja opadao, divlje životinje su se vraćale.

Zona isključenja danas je dom brojnim populacijama vukova, mrkih medveda, bizona, konja, dabrova, jelena, divljih svinja, losova i risova.

Studije koje su koristile foto-zamke, terenska istraživanja i genetske analize pokazale su da su se naročito veliki sisari iznenađujuće dobro oporavili. U nekim slučajevima brojnost divljih životinja u zoni isključenja uporediva je sa onom u obližnjim zaštićenim prirodnim rezervatima ili je čak veća, što ukazuje na to da je nestanak ljudske aktivnosti snažno doprineo oporavku ekosistema.

Studija iz 2026. godine zapravo je pokazala da je raznovrsnost vrsta veća unutar zone isključenja nego u susednim prirodnim rezervatima, što ukazuje na složenu ravnotežu između izloženosti zračenju i posledica ljudskog uticaja.

Potamnele žabe

Od katastrofe u Černobilju prošlo je tek 40 godina, ali postoje jasni znaci da su neki organizmi koji tamo žive razvili osobine koje im pomažu da se nose sa visokim nivoima zračenja.

Možda najuočljiviji primer jesu žabe koje žive u zoni isključenja i koje su mnogo tamnije od onih koje žive u drugim delovima Ukrajine ili susednim zemljama.

Studija koja je obuhvatila više od 200 istočnih gatalinki (Hyla orientalis) koje žive u barama unutar zone isključenja pokazala je da su one u proseku 44 odsto tamnije od žaba koje žive izvan zone.

Najtamnije žabe pronađene su najbliže područjima koja su neposredno nakon nesreće bila izložena najvišim nivoima zračenja, što ukazuje na mogućnost da je izloženost zračenju podstakla prirodnu selekciju tamnije boje.

Tamnija boja posledica je većeg nivoa melanina, pigmenta koji daje boju koži, dlaci i očima. Kod ljudi melanin pomaže u zaštiti ćelija kože od oštećenja izazvanih ultraljubičastim (UV) zračenjem tako što apsorbuje UV energiju.

On je glavni faktor koji određuje boju kože kod ljudi, a naše telo proizvodi dodatni melanin kada smo izloženi UV svetlosti, zbog čega koža tamni.

Melanin može pružiti i određenu zaštitu od jonizujućeg zračenja – vrste zračenja koja se oslobađa tokom nuklearne nesreće – a neka bića koja žive u zoni isključenja evoluirala su tako da iskoriste ovu činjenicu.

Nakon nuklearne katastrofe, žabe sa svetlijom kožom možda su bile podložnije oštećenjima izazvanim zračenjem i imale manje šanse da prežive i ostave potomstvo.

Zbog toga su žabe sa prirodno tamnijom kožom možda ostavile više potomaka, pa je populacija kroz uzastopne generacije postajala sve tamnija.

Ovo je klasičan primer prirodne selekcije; evolucija nije stvorila novu osobinu ni iz čega, već je iskoristila postojeće varijacije kako bi pomogla populaciji da se brzo prilagodi promenjenom okruženju.

Gljive koje „jedu“ radijaciju

Gljive su takođe iskoristile zaštitna svojstva melanina kako bi se prilagodile životu u Černobilju. Širom zone isključenja naučnici su otkrili tamne gljive bogate melaninom koje rastu u jako kontaminiranom zemljištu.

Neke gljive sa melaninom pronađene su čak i na zidovima i opremi unutar oštećene černobiljske nuklearne elektrane, gde nivoi zračenja i dalje ostaju povišeni.

Još je čudnije to što neke od ovih gljiva ne samo da izgleda da podnose zračenje, već deluje da ih ono i privlači.

Kada su istraživači u laboratoriji izložili uzorke prikupljene u Černobilju izvorima jonizujućeg zračenja, neke vrste rasle su prema izvoru zračenja. Ovo ponašanje poznato je kao radiotropizam.

Dalji eksperimenti pokazali su da je nekoliko vrsta gljiva sa melaninom brže raslo kada je bilo izloženo jonizujućem zračenju, što ukazuje na to da melanin možda ima ulogu koja prevazilazi puku zaštitu ćelija od oštećenja.

Jedna od hipoteza jeste da su ove gljive evoluirale tako da koriste zračenje kao glavni izvor energije, u procesu koji se naziva radiosinteza.

Ideja je da melanin može delovati donekle poput hlorofila kod biljaka, apsorbujući energiju i pomažući u prenosu elektrona koji pokreću hemijske reakcije.

Istraživači su otkrili da jonizujuće zračenje menja hemijska svojstva molekula melanina, omogućavajući im da efikasnije prenose elektrone.

Međutim, da li ovaj proces zaista daje gljivama izvor energije i dalje je misterija.

Ako razumemo kako ove gljive stupaju u interakciju sa zračenjem, one bi mogle imati neočekivane primene i van Zemlje.

Gljive sa melaninom već su testirane u svemirskim eksperimentima, u kojima istraživači ispituju da li bi se materijal od gljiva jednog dana mogao koristiti kao lagani štit od zračenja koji se sam obnavlja, kako bi zaštitio astronaute koji putuju izvan Zemljinog magnetnog polja.

Za razliku od tradicionalnih materijala za zaštitu, živi sistemi gljiva potencijalno bi mogli da rastu i sami popravljaju oštećenja, što znači da bi mala količina biološkog materijala mogla da se umnoži kada je potrebno.

Istraživači su 2018. godine poslali uzorke gljive Cladosporium sphaerospermum, prvobitno izolovane u Černobilju, na Međunarodnu svemirsku stanicu kako bi testirali koliko dobro može da podnese radijaciono okruženje niske Zemljine orbite.

Eksperimenti su pokazali da slojevi ove gljive mogu da smanje izloženost zračenju, pri čemu deblji slojevi pružaju veću zaštitu.

Iako su potrebna dodatna istraživanja pre nego što bi zaštita od zračenja zasnovana na gljivama mogla da se koristi u misijama sa ljudskom posadom, one bi jednog dana mogle da pomognu u zaštiti astronauta od intenzivnog zračenja tokom putovanja kroz duboki svemir.

Vukovi otporni na zračenje

Veliki sisari imaju mnogo duže generacijsko vreme od žaba ili gljiva, pa su imali mnogo manje prilika za evolutivne promene. Tačno kako uspevaju da se nose sa povišenim nivoima zračenja i dalje nije jasno.

Međutim, istraživači koji proučavaju vukove i pse koji žive u zoni isključenja otkrili su neke zanimljive tragove.

Istraživači sa Univerziteta Prinston ispitivali su da li je hronična izloženost zračenju uticala na biologiju černobiljskih vukova.

Najpre su na osam vukova koji žive u zoni isključenja postavili ogrlice sa GPS uređajima i dozimetarima za merenje zračenja, što im je omogućilo da prate i kretanje životinja i njihovu izloženost zračenju.

Otkrili su da su vukovi bili izloženi nivoima zračenja oko 50 puta višim od preporučene granične doze za ljude i oko 250 puta višim nego vukovi koji žive u područjima sa normalnim nivoom pozadinskog zračenja na severu Belorusije.

Zatim su istraživači uzeli uzorke krvi od 11 vukova iz zone isključenja i uporedili ih sa vukovima iz Belorusije.

Pronašli su razlike u aktivnosti gena i promene u sastavu belih krvnih zrnaca, obrasce koji su u skladu sa dugotrajnom izloženošću zračenju.

Vukovi su takođe pokazali promene u genima uključenim u funkcionisanje imunog sistema i reakciju organizma na oštećenje DNK, uključujući gene povezane sa otpornošću na rak. Međutim, još nema dokaza da su černobiljski vukovi manje podložni raku.

Slična pitanja istražuju se i kod pasa lutalica koji žive oko nuklearne elektrane.

Studija iz 2023. godine analizirala je DNK više od 300 pasa koji slobodno žive u zoni isključenja i pokazala da su ove životinje tokom decenija izolacije formirale genetski različite populacije.

Istraživači su utvrdili genetske razlike koje bi mogle ukazivati na prilagođavanje neobičnim uslovima oko Černobilja, iako i dalje nije jasno u kojoj meri je na ove promene uticala sama izloženost zračenju.

Ove studije zajedno ukazuju na jedno od najvećih pitanja bez odgovora kada je reč o černobiljskoj divljini.

Da li ove životinje opstaju zahvaljujući odsustvu ljudi ili se neke vrste postepeno prilagođavaju jednom od najizazovnijih okruženja na Zemlji?

Šta bi budućnost mogla doneti nauci u Černobilju?

Iako je prošlo 40 godina od razorne nuklearne katastrofe, Černobilj i dalje ostaje mesto na kojem nauka otkriva neočekivane stvari.

Dosadašnja otkrića već su doprinela našem razumevanju hemije, evolucije i ćelijske biologije, a mogla bi da utiču čak i na oblasti koje se na prvi pogled čine potpuno različitim, poput istraživanja raka i svemirskih putovanja.

Dok istraživači nastavljaju da proučavaju ovaj izuzetni pejzaž, Černobilj možda i dalje krije mnoge tajne koje tek treba otkriti.