научная статья по теме ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА САМООЧИЩЕНИЯ ВОД БАЛТИЙСКОГО МОРЯ ОТ РАДИОНУКЛИДА 137CS Геофизика

Текст научной статьи на тему «ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА САМООЧИЩЕНИЯ ВОД БАЛТИЙСКОГО МОРЯ ОТ РАДИОНУКЛИДА 137CS»

ОКЕАНОЛОГИЯ, 2004, том 44, № 2, с. 199-207

= ХИМИЯ МОРЯ

УДК 551.465

ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА САМООЧИЩЕНИЯ ВОД БАЛТИЙСКОГО МОРЯ ОТ РАДИОНУКЛИДА 137Сз

© 2004 г. Д. Стыро, М. Лукинскене, Р. Моркунене

Вильнюсский технический университет им. Гедиминаса Поступила в редакцию 29.04.2002 г., после доработки 16.01.2003 г.

Колебания концентрации 137С$ исследовались в юго-восточной части Балтийского моря в 1997— 2000 гг., т.е. через 11-14 лет после аварии на Чернобыльской атомной электростанции. Скорость самоочищения вод оказалась сравнительно медленной. Ряд результатов, полученных в 1999 г., был примерно таким же, как после аварии в 1986 г. Результаты теоретических расчетов показали, что Балтийское море "очистится" от "Чернобыльского" цезия-137 только в 2020-2022 гг. Получено, что средняя концентрация этого радионуклида в 2000 г. должна быть около 50-60 Бк/м3. В некоторых случаях эти концентрации наблюдались, однако довольно часто регистрировались более высокие значения концентрации 137С$ в юго-восточной части Балтийского моря, в частности, средние величины в 1999 г. были от 67 до 80 Бк/м3. В отдельных образцах зарегистрированы сравнительно высокие концентрации 137С$, которые варьировали от 110 до 212 Бк/м3. Не наблюдалось устойчивой корреляции между концентрацией 137С$, соленостью и температурой в поверхностных водах исследуемой акватории. Установлено, что распределение концентрации радионуклида в некоторых случаях зависит от направления перемещения водных масс. Предполагается, что аномально высокие концентрации 137С$ с юго-восточной части Балтийского моря могут быть следствием поступления дополнительных радиоактивных отходов.

Основная часть радионуклидов искусственного происхождения до 1986 г. попала в Балтийское море после испытания атомного оружия с глобальными выпадениями и с водами Северного моря.

Авторами статьи проводится мониторинг загрязнения Балтийского моря радионуклидами искусственного происхождения с семидесятых годов [1-3], что позволяет довольно подробно охарактеризовать естественный ход процесса самоочищения моря от 137Св, других радионуклидов, а также отклонений от их теоретического хода. После аварии на Чернобыльской атомной электростанции (ЧАЭС) в 1986 г. средняя концентрация 137С$ в поверхностных водах Балтийского моря возросла более чем на порядок [4-8] по отношению к тому радиоактивному фону (12 Бк/м3), который был сформирован после испытаний ядерных бомб в атмосфере [9, 10]. В 1986 г. наблюдалось возрастание концентрации и других радионуклидов искусственного происхождения [11], однако поверхностные воды Балтийского моря от них практически "очистились" в сравнительно короткие сроки [12].

Очищение поверхностных вод Балтийского моря от радионуклидов происходило за счет выноса этих вод в Северное море, за счет радиоактивного распада и переноса радионуклидов в более глубокие слои моря и в осадки.

В публикациях [4-8, 13, 14] приводится распределение концентрации радионуклида 137Сз в водах Балтийского моря после аварии на ЧАЭС. В поверхностных водах это распределение оказалось

неравномерным с максимальными значениями в северной части и минимальными в южной [5]. Процесс выравнивания концентрации протекал сравнительно медленно [6], и только в 1989 г. наблюдалась примерно одинаковая концентрация в поверхностных водах Балтийского моря со средним значением около 150 Бк/м3 [15], которая стала уменьшаться с течением времени.

До сих пор сохраняется повышенная концентрация 137Св (50-60 Бк/м3) в юго-восточной части Балтийского моря (ЮВЧБМ), которая значительно превосходит тот радиоактивный фон, который был сформирован глобальными выпадениями [9]. К 1996 г. концентрация 137С$ в ЮВЧБМ оказалась однородной по вертикали [16, 17].

В 1986 г. Черное море получило примерно такое же количество радионуклида 137С$ (средняя концентрация стала около 180 Бк/м3), так что самоочищение его поверхностных вод практически закончилось в 1991 г. при средней концентрации 17 Бк/м3 [18]. В Балтийском море самоочищение от 137Св происходит более сложно: различная концентрация радионуклида в различных частях моря, повышенные концентрации в отдельных пробах, более медленная скорость общего самоочищения. Следовательно, в обоих морях процесс самоочищения различный, который, по-видимому, связан с гидрофизическими особенностями упомянутых водоемов и различными глубинами.

Описание процесса самоочищения Балтийского моря от радионуклида 137Сз проводилось рядом

Рис. 1. Схема определения концентрации радионуклида 137С$ в морской воде.

авторов путем математического моделирования [13, 15, 19]. Авторами работ [13, 19] рассматривались физические процессы, включающие адвекцию и перемешивание вод между соседними "ящиками", осаждение взвешенного вещества по всей глубине, перемешивание и перемещение осадка, биоконцентрирование. С помощью такой модели можно предсказывать среднегодовую концентрацию радионуклида в морской воде, осадках и биоте.

Другая модель [15] более простая в расчетном отношении. Она учитывает вертикальную турбулентную диффузию в морской воде, естественный радиоактивный распад и до сих пор существующие глобальные выпадения.

Первая модель [13] описывает изменение концентрации радионуклида 137С$ в поверхностных водах Балтийского моря с 1950 по 2000 гг., а вторая [15] - с 1996 по 2022 гг. Следует отметить, что полученные значения концентрации этого радионуклида на основании упомянутых моделей для 2000 г. удовлетворительно соответствуют друг другу (50-60 Бк/м3). Эти данные в некоторых случаях согласуются с результатами натурных измерений в ЮВЧБМ и в прибрежных водах. Однако

в ряде случаев наблюдаются существенные расхождения между теоретическими и экспериментальными результатами, когда измеренная концентрация радионуклида 137Сз в 3-4 раза превосходит расчетную.

В настоящей статье особенности процесса самоочищения вод Балтийского моря описываются более подробно. Статья является продолжением работы [14], где описываются вариации концентрации 137Св в ЮВЧБМ и прибрежных водах Литвы, а также попытка их объяснения.

МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ

В настоящей работе использовался метод фер-роцианидно-карбонатного осаждения. Осаждение радионуклида 137Сз проводилось из проб нефильтрованной морской воды объемом 40-50 л [14]. Забор проб воды осуществлялся во время рейсов судна "Веяс" в 1997-2000 гг. и проводился путем ее прокачки с глубины 1 м в водосборные резервуары. Забор глубинных вод осуществлялся батометром. Схема выделения радионуклида 137Св из морской воды приводится на рис. 1.

Выход цезия определялся гравиметрически в форме Сз38Ь219. Величина выхода колебалась в пределах 60-80%. Активность образцов 137Сз регистрировалась гамма-спектрометрами со сцинтил-ляционным и полупроводниковым детекторами. Ошибка определения концентрации 137С$ составляет 10%. Область исследования Балтийского моря и расположения станций наблюдения в ЮВЧБМ приводятся на рис. 2.

РЕЗУЛЬТАТЫ И АНАЛИЗ

Результаты наблюдений концентрации 137С$ в ЮВЧБМ в 1997-2000 гг. приводятся в таблицах 1-8. Средняя концентрация 137С$ в этом регионе моря все время изменяется, то увеличиваясь, то уменьшаясь. Повышенная или пониженная концентрация 137Св на станциях наблюдения может появиться в любое время года.

Пример отклонения от средних значений концентрации 137Св в поверхностных водах ЮВЧБМ приводится в табл. 9. Здесь наибольшая разность величин концентраций радионуклидов характерна осеннему времени. Отклонения от средних значений довольно часто превосходят величину погрешности опыта (10%). Образование таких неоднород-ностей, по-видимому, возможно при сравнительно большой скорости ветра, которая воздействуя на воды Куршского залива, влияет на воды Балтийского моря. При этом воздействии возможно лишь уменьшение значений концентрации 137С$ в Балтийском море, поскольку перемешивание балтийских вод происходит с водами залива, обладающими меньшими значениями концентрации радионуклида 137Сз.

Устойчивой корреляции между концентрацией 137С8 и направлением переноса водных масс не было обнаружено. Также не была найдена корреляция между значениями концентрации 137С8 и величинами солености и температуры (табл. 1-8). Следовательно, появление высоких концентраций 137С8 в поверхностных водах ЮВЧБМ нельзя объяснить лишь воздействием естественных гидрофизических процессов.

Используя расчетные данные и учитывая в качестве основных факторов турбулентную диффузию и радиоактивный распад в процессе самоочищения Балтийского моря, средняя концентрация 137С8 должна быть около 50-60 Бк/м3 в 1998-2000 гг. [15]. Такие концентрации были зарегистрированы во время ряда рейсов в различное время года (табл. 2, 4, 5, 8). Однако наблюдались и более высокие концентрации (табл. 1, 3, 6, 7). Поэтому следует предположить, что возрастание концентрации 137С8 в 3-4 раза относительно среднего значения не может произойти лишь под воздействием естественных гидрометеорологических условий. Проведем более подробный анализ данных, приведенных на рис. 3а, 36 согласно таблиц 4, 6.

В одном случае (табл. 4 и рис. 3 а) измеренные (48-66 Бк/м3) и расчетные (50-60 Бк/м3) [13, 15] результаты довольно хорошо соответствуют друг другу. В другом случае (табл. 6 и рис. 36) большое "пятно" концентрации радионуклида 137С8 образовалось около поселка Юодкранте. Повышенная концентрация радионуклида появилась также в других точках ЮВЧБМ. Здесь очевидно расхождение теоретических и экспериментальных результатов, несмотря на примерно одинаковые метеорологические условия (табл. 4, 6).

Повышенные значения концентрации 137С8 в ЮВЧБМ после аварии на Чернобыльской атом-

Рис. 2. Океанографические станции в юго-восточной части Балтийского моря. 1 - международные; 2 - национальные.

ной электростанции в 1986 г. [11] и через 13 лет после аварии - в 1999 г. приводятся на рис. 3в, 3г. Следовательно, подобные концентрации 137С8 наблюдались здесь и ранее (рис. 3в), поэтому в настоящее время образование этих "пятен" (рис. 3г), по-видимому, возможно лишь в результате поступления дополнительных количеств радионуклида 137С8 в поверхностные воды ЮВЧБМ. Подобное

Таблица 1

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком