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.