Ранее авторами была разработана статистическая палинотератная методика дифференциации геоботанических оптимумов и катастроф на основе количественных данных о вариациях морфологии пыльцы в экологически чистых отложениях многих районов бывшего СССР, поверхностных пробах из Южной Аравии, всех подзон Западной Сибири, и разрезов археологических стоянок с четкой экологией, подтвержденной палеозоологическими данными (библиографические источники приведены в публикациях 2022 года [1, 2]).

Первый этап исследования поверхностных проб из 30-км зоны Чернобыля (ЧАЭС), отобранных в 1988 г., был направлен на решение методического вопроса пригодности использования палинотераной методики для выявления не только природных, но и техногенных экологических катастроф. Были определены палинотератные индикаторы экстремальных экологических обстановок, обусловленных природными или техногенными радиационными факторами: 1. почти полное отсутствие морфологически типичных палиноморф; 2. определимые формы единичны; 3. доминирование стерильных форм; 4. для природных экстремумов – господство недоразвитых из-за невызревания форм, а в чернобыльском комплексе – неразвите всех или большинства морфологических признаков; 5. только в чернобыльском комплексе – доминирование уродливых форм из-за мутаций; 6. в некоторых типах природных комплексов господство карликовых форм, а в чернобыльских – вариабельность размеров.

В данной статье впервые палинотератные чернобыльские материалы использованы для выявления степени экстремальности воздействия на репродуктивную сферу всех растений радионуклидных комплексов с максимальной концентрацией плутония–америция–стронция (239/240Pu, 241Am, 90Sr) с одной стороны или цезия (137Cs) – с другой. Их периоды полураспада 24 360, 433.2, 28.8, 30.17 лет соответственно.

Максимумы 239/240Pu=99, 241Am=150, 90Sr=14 000 Бк/кг зафиксированы в пункте Масаны (12 км от ЧАЭС). Здесь обнаружено также значительное количество 137Cs=52 000 Бк/кг. МЭД на почве 530 мкР/ч.

Для пробы Масаны на СЭМ-микрографиях задокументирован наиболее экстремальный палинотератный комплекс. Он выглядит как «кладбище пустых внутри форм», т.к. практически у всех палиноморф не сформировались все морфологические признаки, кроме утолщенных оболочек без скульптуры, оконтуривающих пустые внутри зерна. Все формы стерильны. В комплексе встречено лишь одно морфологически типичное зерно с нормально развитой скульптурой – cf. Asteraceae (?). Определены два уродливых зерна Pinaceae: одно – атипично мелкое с асимметричными мешками, а второе – с огромным телом, но карликовыми мешками.

В пробе Крюки (16 км от ЧАЭС) зафиксирован максимум 137Cs=270 000 Бк/кг (в сравнении с 52 000 Бк/кг в пробе Масаны). МЭД на почве 2200 мкР/ч. Здесь также присутствует значительное количество 239/240Pu=48, 241Am=81, 90Sr=4 500 Бк/кг (вместо 99, 150 и 14 000 Бк/кг соответственно в Масанах). Традиционные палинологические и СЭМ- палинотератные исследования комплекса показали отсутствие в нем морфологически типичных пыльцевых зерен. Комплекс Крюки уже не выглядит как «кладбище пустых внутри форм», так как у всех зерен развилось большинство признаков. Но, в результате мутаций каждого признака, комплекс выглядит как скопление монстровидных палиноморф с вариабельностью: 1. контуров пыльцевых зерен, 2. асимметрий, 3. форм или размеров одного и того же признака, 4. толщины экзины от «опухолевидных» разрастаний до эрозий, 5. размеров пыльцевых зерен – от почти нормальных (два пыльцевых зерна Pinaceae) до ультра-карликовых (пыльцевое зерно Alnus sp. ~ 10 мкм, в то время как минимальные размеры пыльцы Alnus glutinosa и A. incana 21.3-21.6 мкм [3: 62]). Все зерна лишены скульптуры, протопласта и стерильны.

В пробе из пункта Лесок (22 км от ЧАЭС), частично защищенного лесом от разноса радиоактивных частиц, концентрация 239/240Pu=83, 241Am=140, 90Sr=9 100 и 137Cs=84 100 Бк/кг. МЭД на почве 890 мкР/ч. Несмотря на значительное загрязнение этой пробы 239/240Pu, 241Am, 90Sr (близким к пробе Масаны), здесь почти не встречаются формы с полным неразвитием большинства морфологических признаков, a доминируют формы с разнообразными мутациями, как в комплексе Крюки с максимумом 137Cs. Найдены даже единичные нормально развитые пыльцевые зерна. По-видимому, это связано с защитной ролью лесного массива.

Исследования показали, что наиболее экстремальные условия для репродуктивной сферы всех растений выявлены для местонахождения Масаны с наибольшим загрязнением 239/240Pu, 241Am, 90Sr. Этот тип загрязнения приводит не только к полной стерильности комплекса, но и к полному неразвитию большинства морфологических признаков пыльцы – мужских гаметофитов (своеобразных «сперматозоидов») семенных растений.

Комплекс с максимальным загрязнением 137Cs (Крюки) характеризуется также стерильностью и отсутствием скульптуры у большинства форм, хотя уже развиты морфологические признаки с разнообразными монстровидными отклонениями от палиноморфологических норм из-за мутаций.

Данные по местонахождению Лесок показывают, что лес является своеобразным «зонтом» и смягчает воздействие радиации на репродуктивную сферу растений.

Авторы благодарят сотрудников Института радиобиологии НАН Беларуси за предоставление проб и Л.А. Карцеву из БИН РАН за помощь в СЭМ-исследованиях.

1. Левковская Г.М., Каспаров А.К., Боголюбова А.Н. 2022. Дифференциация геоботанических кризисов пошлого и настоящего на основе палинотератной статистики // Актуальные проблемы современной палинологии: Мат. XV Всерос. палинол. конф.. М.: МГУ. С. 201-205. https://doi.org/10.54896/9785891188532_2022_41

2. Levkovskaya G.M., Shamal N.V., Baryshnikov G.F., Bogolyubova A.N. 2022. Types of palynoteratical resposnes of the plants reproductive sphere to the Chernobyl accident and natural climatic extrema of the Neanderthal epoch // Динамика экосистем в голоцене. Мат. Всерос. конф. СПб. C. 431-437.

3. Куприянова Л.А., Алешина Л.А. 1972. Пыльца и споры растений флоры Европейской части СССР. Т. 1. Л.: Наука. 171 с.

The authors have previously developed a statistical palynoteratical method for distinguishing geobotanical optima and catastrophes based on quantitative data on pollen morphology variations in pollution-free deposits of many regions of the former USSR, surface soil samples from South Arabia, all subzones of Western Siberia, and archaeological profiles with clear ecology confirmed by paleozoological data (see references in [1, 2]).

The first stage of the study of the surface soil samples from the 30-km Chernobyl zone was aimed at confirming the suitability of the palynoteratical method for identification of environmental disasters, not only of natural, but also anthropogenic origin. The samples were collected from three locations in 1988 by colleagues from the Institute of Radiobiology of NAS of Belarus. The palynoteratic indicators of extreme environmental conditions caused by natural factors or radiation pollution were determined: 1. almost complete absence of morphologically typical palynomorphs; 2. single determinable forms; 3. dominance of sterile forms; 4. for natural extremes - the dominance of the underdeveloped due to the immaturity pollen, and in the Chernobyl complexes - the underdevelopment of most morphological features; 5. only in the Chernobyl complexes - the dominance of ugly forms caused by mutations; 6. in some types of natural complexes - the dominance of dwarf forms, and in the Chernobyl complexes - the size variability.

In this article, for the first time palynoteratic Chernobyl materials were used to identify the degree of the impact on the reproductive sphere of all plants of radionuclide complexes with maximum concentrations of plutonium-americium-strontium (239/240Pu, 241Am, 90Sr) on the one hand, or cesium (137Cs) on the other. Their half-lives are 24360, 433.2, 28.8, 30.17 years respectively.

Maximums of 239/240Pu=99, 241Am=150, 90Sr=14,000 Bq/kg were recorded at Masany site (12 km from the ChNPP). A significant amount of 137Cs=52,000 Bq/kg was also found there. Surface soil exposure dose rate (SSEDR) is 530 µR/h.

Using SEM micrography, the most extreme palynoteratical complex was documented for Masany. It looks like a "cemetery of empty forms", as in almost all palynomorphs all morphological characters are absent, except for thickened exines without sculpture that outline empty grains. All forms are sterile. In the complex only one morphologically typical grain with a normally developed ornamentation, cf. Asteraceae (?) was found. Two malformed grains of Pinaceae were identified: one is atypically small with asymmetrical sacs, and the second - with a giant body and dwarf sacs.

At Kryuki site (16 km from the ChNPP), the maximum of 137Cs=270,000 Bq/kg contamination was detected (compared to 52,000 Bq/kg at Masany). SSEDR is 2200 µR/h. Also significant concentrations of 239/240Pu=48, 241Am=81, 90Sr=4500 Bq/kg (compared to 99, 150 and 14000, respectively at Masany) were found. Traditional palynological and SEM palynoteratical studies of the complex showed the absence of morphologically typical pollen grains in it. The Kryuky complex does not look like a "cemetery of empty forms" anymore, since in all grains most of the features are developed. But, due to the mutations of each feature, the complex looks like a mass of monstrous palynomorphs with variability of: 1. pollen grain contours; 2. asymmetries; 3. shape or size of the same feature; 4. exine thickness from “tumor-like” growths to erosions, 5. pollen grain size, that range from almost normal (two Pinaceae pollen grains) to ultra-dwarf (pollen grain of Alnus sp. ~ 10 µm, while the minimum size of Alnus glutinosa and A. incana – 21.3-21.6 µm [3: 62]). All grains are lacking sculpture, protoplast, and sterile.

Lesok site (22 km from the ChNPP) is partially protected by forest from the spread of radioactive particles. The studied sample is contaminated with 239/240Pu=83, 241Am=140, 90Sr=9 100 and 137Cs=84 100 Bq/kg. SSEDR is 890 µR/h. Regardless of the significant contamination of this sample with 239/240Pu, 241Am, 90Sr (levels are comparable with the Masany sample), the completely underdeveloped forms are scarce in the pollen complex. It is dominated by the forms with various mutations, similar to the Kryuky complex with maximum 137Cs. Single normally developed pollen grains were found. Presumably, this is due to the protective role of the forest.

Studies have shown that the most extreme conditions for the reproductive sphere of all plants have been identified for the Masany site characterized by the highest contamination with 239/240Pu, 241Am, 90Sr. This type of pollution leads not only to the complete sterility of the complex, but also to the complete underdevelopment of most morphological features of pollen grains - male gametophytes (a sort of spermatozoa) of seed plants.

The complex with the maximum 137Cs contamination (Kryuki) is also characterized by pollen sterility and absence of sculpture in most forms, though already developed morphological features have monstrous deviations from palynomorphological norms due to mutations.

Data on Lesok site show that the forest acts as a kind of "umbrella" and mitigates the impact of radiation on the reproductive sphere of plants.

1. Levkovskaya G.M., Kasparov A.K., Bogolyubova A.N. 2022. Differentiation of the past and present geobotanical optima and cises using palynoteratical statistics // Actual problems of the modern palynology: Proc. of XV All-Russ. Palynol. Conf. Мoscow. P. 201-205. https://doi.org/10.54896/9785891188532_2022_41

2. Levkovskaya G.M., Shamal N.V., Baryshnikov G.F., Bogolyubova A.N. 2022. Types of palynoteratical resposnes of the plants reproductive sphere to the Chernobyl accident and natural climatic extrema of the Neanderthal epoch // Ecosystem dynamics in the Holocene. Mat. All-Russian conf. SPb. C. 431-437.

3. Kupriyanova L.A., Aleshina L.A. 1972. Pollen and spores of the plants form the flora of the European part of the USSR. T. 1. Leningrad 171 P.