научная статья по теме ОСОБЕННОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ 137CS, 90SR И ИЗОТОПОВ ПЛУТОНИЯ В ГРУНТАХ НА ТЕРРИТОРИИ ПРОВЕДЕНИЯ МИРНОГО ЯДЕРНОГО ВЗРЫВА Геология

Текст научной статьи на тему «ОСОБЕННОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ 137CS, 90SR И ИЗОТОПОВ ПЛУТОНИЯ В ГРУНТАХ НА ТЕРРИТОРИИ ПРОВЕДЕНИЯ МИРНОГО ЯДЕРНОГО ВЗРЫВА»

ГЕОХИМИЯ, 2015, № 8, с. 761-768

КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ

ОСОБЕННОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ 137Cs, 90Sr И ИЗОТОПОВ ПЛУТОНИЯ В ГРУНТАХ НА ТЕРРИТОРИИ ПРОВЕДЕНИЯ МИРНОГО ЯДЕРНОГО ВЗРЫВА

© 2015 г. И. И. Шуктомова, Н. Г. Рачкова

ФГБУНИнститут биологии Коми НЦ УрО РАН 167982, г. Сыктывкар, Коммунистическая, 28 e-mail: rachkova@ib.komisc.ru Поступила в редакцию 12.05.2014 г. Принята к печати 25.08.2014 г.

Ключевые слова: цезий-137, стронций-90, изотопы плутония, навал грунта, погребенная почва, последовательные вытяжки, профильное распределение.

Б01: 10.7868/80016752515080075

Одним из источников поступления искусственных радионуклидов в окружающую среду являются подземные ядерные взрывы в мирных целях. Как правило, они приводят к локальному радиоактивному загрязнению прилегающей территории. В этом случае, согласно накопленным данным (Евсеева и др., 2011, Павлоцкая и др., 1974), радионуклиды оказываются сосредоточенными преимущественно в составе "горячих" частиц, вплавленных в силикатную матрицу почвы, и поэтому довольно слабо мигрируют в ней и медленно рассеиваются в окружающей природно-антропо-генной среде. С учетом этих особенностей внимание исследователей привлекают те загрязненные участки, которые расположены в зоне влияния факторов, способных существенно изменить течение миграционных процессов. Специфика миграции радионуклидов может быть вызвана повышенной влажностью почв, активным водообменом, обусловленным близостью территории к водотокам, и другими условиями.

Подобный уникальный объект существует на севере Пермской области, где в 1971 г. в 20 км от ближайшего населенного пункта Чусовской был произведен групповой подрыв трех ядерных зарядов. Работы выполнялись в рамках программы, нацеленной на переброску вод северных рек в мелеющий Каспий. Объект расположен в болотистой таежной местности междуречья рр. Печора и Колва в 2.5 км от р. Берёзовка.

К настоящему времени известно (Лурье, 2002а, 2002б, Бу8ееуа й а1., 2005, Яаш2аеу й а1., 2011), что на месте эллипсовидной воронки, оставшейся после вышеуказанного взрыва, за счет атмосферных выпадений и подтока грунтовых вод образовалось бессточное озеро глубиной до 10 м и площадью

водного зеркала 22 га. Водоем оконтурен навалом выброшенного взрывной волной грунта, высота которого достигает 6 м (Яаш2аеу е! а1., 2012). За прошедшее время поверхность навала заросла молодым смешанным лесом (Лурье, 2002а, Еу8ееуа е! а1., 2005).

В публикациях по исследуемому объекту (Лурье, 2002а, 2002б) отмечается, что озерная вода сильно минерализована (до 2500 мг/мл), но практически нерадиоактивна. Однако на территории, прилегающей к искусственному водоему, радиоактивный фон превышает региональные показатели в 10—60 раз, достигая в отдельных местах 7 мкЗв/ч. Площадь техногенной аномалии имеет сложную конфигурацию (Яаш2аеу е! а1., 2011). В почвах, грунтах, донных отложениях и пробах биологического материала обнаруживаются 137С8, 908г, 155Еи, 60Со, 94№>, 152Еи, 154Еи, 207Б1 и 241Аш. Состав радиоактивного загрязнения подтверждает использование при взрыве плутониевого ядерного заряда (Лурье, 2002а), содержащего в основном 239Ри и в значительно меньших количествах другие более легкие и тяжелые изотопы этого элемента (Бек-ман, 2001). Как показано исследованиями В. Рам-заева с соавторами (Яаш2аеу е! а1., 2011, 2012), повышенный уровень радиоактивности природных объектов обусловлен главным образом радионуклидами кобальта, цезия и америция. Загрязнение ограничено расстояниями 5—100 и 200—300 м от берега озера в западном и восточном направлениях соответственно (Лурье, 2002а).

Таким образом, к настоящему времени опубликованы подробные данные о радиоэкологической обстановке в этом таежном болотистом районе. Однако, специфика процессов миграции и

Таблица 1. Физико-химические характеристики грунтов

Разрез рН РНсол ГК, ммоль/100 г Валовый состав грунта

мг/кг % ммоль/100 г

К Р N ГМ ГВ Ca Mg

1 4.7-5.9 3.5-4.8 1.4-10.8 9-86 11-173 0.03-0.13 0.2- 3.5 0.4-1.9 0.03-2.38 0.1-1.1

2 4.2-6.5 3.3-5.3 1.1-17.3 32-168 36-240 0.03-0.67 0.4-4.9 0.9-5.0 2.0-8.2 0.6-2.0

3 4.1-5.7 3.1-4.8 3.0-11.0 26-154 22-143 0.03-0.14 0.2-8.7 0.7-3.0 0.03-3.0 0.05-1.7

Примечание. рН и рНсол — водородные показатели водной и солевой (КС1) вытяжек; ГК — гидролитическая кислотность, К и Р-содержания подвижных калия и фосфора в расчете на К2О и Р2О5; К, ГМ, ГВ — массовая доля общего азота, гумуса и гигроскопической влаги; Са и Mg — количество обменных кальция и магния.

распределения техногенных радионуклидов в грунтах остается малоизученной. В настоящей статье представлены данные о содержании и послойном распределении 238Ри, 239, 240Ри, 137С8 и 908г в технозе-ме на погребенной подзолистой почве, нарушенной вследствие проведения промышленного ядерного взрыва. Отличительной особенностью статьи является анализ показателей подвижности радионуклидов в грунтах, что позволяет дать перспективную оценку интенсивности рассеяния и транспорта радионуклидов из очагов радиоактивного загрязнения в условиях болотистой таежной местности.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Исследования проводили в 2001 г. Территория, незатронутая взрывом, была занята преимущественно еловыми лесами с примесью березы пушистой и ольхи, встречались кедр сибирский, осина и рябина обыкновенная. Климат этого района умеренно континентальный. Нативные почвы территории — подзолистые, торфянисто-подзолистые, имеют низкое содержание гумуса и кислую реакцию среды, слабо насыщены основаниями (табл. 1). Почвообразующие породы представлены водно-ледниковыми песками и супесями, тяжелыми глинами и суглинками. Радиоактивный фон территории вне зоны техногенеза не превышал 0.1 мкЗв/ч.

Для изучения профильного распределения радионуклидов были заложены 3 почвенных разреза на восточном берегу искусственного озера в направлении с севера на юг. Мощности эквивалентной дозы в местах их закладки соответствовали 3.3, 2.0 и 0.15 мкЗв/ч. Все разрезы были расположены в 50—60 м от береговой линии озера на склоне навала. Опробовали насыпной грунт послойно через 5 см; из генетических подгоризонтов нативной погребенной подзолистой почвы отбирали среднюю пробу. Глубина исследования почвенного профиля соответствовала 120 см. Мощность навала грунта для первого разреза составляла 60, второго — 30 и третьего — 15 см.

Профиль наименее нарушенной почвы в разрезе 3 имеет следующее описание:

(0—2 см) — опад, в основном, из листьев березы, темно-серый сырой песок, к низу гумусиро-ванный, переход ясный;

(2—14.5 см) — насыпной слой темно-серого сырого песка;

(14.5—16 см) — хорошо разложившийся опад, пронизан корнями растений, мажется, влажный, переход неровный, нечеткий;

(16—21.5 см) — влажный песок темно-серого цвета, с подтеками гумусированного материала и "ржавыми" пятнами, переход неровный, ясный;

(21.5—30 см) — влажная супесь рыжего цвета, корни, мелкие камни, темно-бурые вкрапления, переход ясный;

(30—40 см) — влажная рыхлая супесь темно-серого цвета с черными вкраплениями и прослойками светлого белесого песка, единичные корни, переход заметный;

(40—55 см) — темно-серый с рыжиной средний суглинок, с мелкими "ржавыми" пятнами, плотный, переход ясный;

(55—100 см) — светло-коричневый легкий суглинок с множественными прослойками и вкраплениями белесого песка;

(100—120 см) — песок с мелкими камнями и уплотненными глинистыми структурными фрагментами размером до 0.5 см.

Физико-химические характеристики почвы (рН водной и солевой (КС1) вытяжек, гидролитическая кислотность, содержания подвижных фосфора и калия, обменных магния и кальция, гумуса, общего азота и гигроскопической влаги) были оценены (табл. 1) сотрудниками аккредитованной аналитической лаборатории Института биологии Коми НЦ УрО РАН с использованием аттестованных методик.

Радиохимическое выделение 137Cs из проб почвогрунта проводили осаждением Cs3Sb2I9 на ферроцианиде никеля; 90Sr определяли оксалат-ным методом (Методические..., 1980). Содержания изотопов плутония в образцах оценивали альфас-пектрометрическим методом (Павлоцкая и др.,

1984) в модификации (Кочан, Шуктомова, 1994). При этом после разрушения органического вещества пробы дважды обрабатывали 50 мл Н^ затем 5 мл Н2804 (1 : 1), каждый раз высушивая их досуха. Изотопы плутония выделяли ионообменным путем на ВП-1 АП в нитратной форме из среды 7.5 М НМ03, десорбцию проводили смесью 0.01 М HF и 0.35 М НМ03. Из элюата плутоний электроосаждением переводили на никелевые диски. В качестве метки использовали 236Ри.

Долю подвижных соединений радионуклидов рассчитывали, исходя из результатов их последовательной десорбции из проб грунта. В качестве де-сорбентов использовали бидистиллированную воду, 1 М растворы ацетата аммония (обменные формы) и соляной кислоты (кислоторастворимые формы) (Алексахин и др., 1990, Рачкова, Шуктомова, 2006).

Статистическую связь между распределением радионуклидов в профиле подзолистой почвы и ее физико-химическими характеристиками оценивали по коэффициенту корреляции Пирсона. Его достоверную величину вычисляли по общепринятой процедуре (Венчиков, Венчиков, 1974).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Миграция искусственных радионуклидов в почве происходит в результате одновременно протекающих процессов диффузии, переноса гравитационным током воды и перераспределения биогенным путем (Павлоцкая, 1974). Их интенсивность в исследуемых условиях невысока, т.к. после тридцати лет инкубации в техноземе 137С8, 908г, 238Ри и 239, 240Ри в основном остаются в толще грунта, выброшенного при взрыве (табл. 2). В целом, вне особенностей химических свойств элементов и исходного уровня загрязнения вышеуказанные поллютанты слабо мигрируют вглубь почвы. Их распределение во всех трех разрезах имеет сходные черты, которые проявляются в максимальном содержании радиоактивных элементов в толще почвогрунта (0—20) см и заметном убывании его удельной активности с глубиной.

Обращает на себя внимание различное расположение максимума радиоактивности почвы для радионуклидов плутония и осколочных продуктов деления вещества ядерного заряда. Для изотопов плутония разрезов 1 и 2, условно оцениваемых

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