ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2013, № 5, с. 417-428
УДК 504.054:620.266
ТЕХНОГЕННЫЕ РАДИОНУКЛИДЫ В ПРИРОДНЫХ ВОДАХ РАЙОНОВ МИРНЫХ ПОДЗЕМНЫХ ЯДЕРНЫХ ВЗРЫВОВ
«КРАТОН-3» И «КРАТОН-4»
© 2013 г. С. Ю. Артамонова
Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН, пр. Академика Коптюга, д.3, Новосибирск, 630090 Россия. E-mail: artam@igm.nsc.ru
Поступила в редакцию 05.12.2011 г. После исправления 14.05.2012 г.
В статье обсуждаются новые данные содержания техногенных радионуклидов в поверхностных и грунтовых водах районов мирных подземных ядерных взрывов: аварийного «Кратон-3» (24.08.1978 г.) и «Кратон-4» (09.08.1978 г.), проведенного в штатном режиме. На основе радиоэко-геохимических данных сделан вывод о существенном просачивании техногенных радионуклидов из полости взрыва «Кратон-3» на поверхность земли по трещиноватым зонам: прискважинной и оперяющей тектоническое нарушение. Между тем на другом объекте «Кратон-4» поступление радионуклидов из недр на поверхность земли не установлено.
Ключевые слова: мирный подземный ядерный взрыв (МПЯВ), Якутия, радиогеоэкология, геологическая среда, поверхностные воды, грунтовые воды, подземные воды, радионуклиды, тритий.
Мирные подземные ядерные взрывы (МПЯВ) «Кратон-3» и «Кратон-4», каждый мощностью 22 кТ в ТЭ, были произведены 24-го и 9-го августа 1978 г. на глубинах 577 м и 567 м для сейсмозондирования земли на территории Якутии. Оба взрыва произведены в пределах Сибирской платформы (рис. 1): «Кратон-3» - на восточной окраине Тунгусской синеклизы в толще средне-кембрийских известняков и доломитов на правом берегу р. Марха; «Кратон-4» - на восточной окраине Вилюйской синеклизы в толще нижнемеловых песчаников на берегу озера Сордонгнох. Взрыв «Кратон-3» был аварийным: из-за прорыва на поверхность газопылевой массы погиб прилегающий массив тайги.
Исследования на объектах МПЯВ были начаты только после их рассекречивания в начале 1990-х годов. Основное внимание было обращено изучению радиоактивного загрязнения таежных ландшафтов в районе объекта «Кратон-3» [35, 14, 17, 18]. Район объекта «Кратон-4» изучен значительно меньше: в результате эпизодических обследований установлено отсутствие следов радиоактивного загрязнения местного таежного ландшафта1.
1 Справка Министерства охраны природы РС(Я), 2011 г.
Объекты МПЯВ - сложные геотехногенные системы с длительной историей развития (более 20-30 лет), начинающейся от момента сильного термобарического и механического воздействия на вмещающую геологическую среду и последующими процессами энерго- и массообмена с постепенно затухающими интенсивностями. Полости взрывов по сути являются неконтролируемыми подземными пунктами размещения особых радиоактивных отходов. По расчетным данным, в полости взрыва «Кратон-3» через год общая активность составляла 240 тыс. Ки, а через 31 год (на 02.10.2009 г.) она снизилась до 14.7 тыс. Ки в результате естественного распада2. Предполагается, что активности в полости аналогичного взрыва «Кратон-4» должны быть примерно такими же.
Существуют долговременные риски выхода техногенных радионуклидов из полости взрыва и их поступления на поверхность земли по различным проводящим геологическим структурам, существовавшим до и (или) появившимся после взрывов. Механическое воздействие взрыва на вмещающие породы создает зоны смятия, тре-щиноватости, откола, столб обрушения над по-
2 Отчет ИГМ СО РАН, 2009 г. (отв. исп. Артамонова С.Ю.)
Рис. 1. Схема расположения объекта МПЯВ «Кратон-3» и «Кратон-4» на Сибирской платформе.
лостью взрыва и др. [1]. При наличии естественных тектонических нарушений взрыв приводит к неоднородному деформированию геологической среды - к образованию трещин, локализованных у зон разломов, но взрыв может также раскрывать тектонические разломы, существенно увеличивая «дальнодействие» взрыва [1]. В условиях криолитозоны нельзя пренебречь последствиями термического воздействия взрывов, приводящего к деградации мерзлоты и возможному появлению сквозных таликовых зон, которые могут стать еще одной проводящей геологической структурой. Представление о том, что «в условиях вечной мерзлоты вода в центральной зоне взрыва превращается в лед и надежно удерживает радионуклиды, включая тритий» [8], на наш взгляд, нуждается в верификации.
В настоящей статье посредством обычных ра-диоэкогеохимических исследований природных вод районов МПЯВ «Кратон-3» и «Кратон-4» сделана попытка оценить состояние геотехногенных систем «полость МПЯВ - вмещающая геологическая среда - поверхностные экосистемы» и возможности выхода техногенных радионуклидов из полостей взрывов на поверхность земли.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Массовый отбор проб природных вод в районе МПЯВ «Кратон-3» и установление в них содержания трития, названный «тритиевой съемкой»,
проведен в первой декаде августа 2008 г. (6 проб) и 2009 г. (59 проб). В районе МПЯВ «Кратон-4» отбор проб проведен в первой декаде 2011 г. (20 проб). Водные пробы объемом 1 л предварительно отфильтровывались через бумажный фильтр «синяя лента», подкислялись концентрированной азотной кислотой в соотношении 1 мл на 1 л пробы. В лабораторных условиях пробы пропускались через мембранные фильтры с диаметром пор 0.2 мкм. Активность трития в водных пробах измеряли методом жидкостно-сцинтилляционной спектрометрии с использованием спектрометра Tri-Carb 2800 (США) [15, 16]. Пробы смешивали в пластиковых пиалах (V = 20 мл) со сцинтил-ляционным коктейлем в соотношении проба: коктейль = 8:12. Приготовленные смеси выдерживались в прохладном темном месте в течение 48 ч для стабилизации. После чего проводили измерения содержания трития в течение 4-12 ч в зависимости от активности пробы. Минимальная детектируемая активность 3H равна 1 Бк/л. При активности 3H более 40 Бк/л относительная погрешность не превышает 6%, при активности 1040 Бк/л - в пределах 10-15%. При активности до 10 Бк/л увеличивалось время измерения пробы, при этом относительная погрешность снижалась в среднем с 34 до 26%. Повторное измерение пяти проб в течение 24 ч, двух проб в течение 12 ч показало 100%-ую воспроизводимость измерений.
Отобраны по три крупнообъемные пробы (всего шесть) с каждого района изучения - до 80 л каждая, для определения в них активности 90Sr, 239' 240Pu, 238Pu. В лабораторных условиях пробы концентрировались радиохимическим методом. Активность 90Sr определена по изотопу 90Y с помощью Р-радиометрии на РУБ-01П с использованием низкофонового блока детектирования БДЖБ-06П. Чувствительность метода составляет 0.01 Бк. Относительная погрешность не более 10%. Активности изотопов Pu определены а-спектрометрическим способом на одно-канальном а-спектрометре 7184 фирмы EURISYS MEASURES [12]. Для регистрации а-излучения использовали высокоразрешающие полупроводниковые детекторы типа PLUS 300-15 с активной площадью 300 мм2 и разрешением 15 кэВ. Пределы обнаружения по изотопам Pu на уровне 5 • 10-4 Бк при времени измерения 2 • 105 с 242Pu и 236Pu - образцовые растворы, аттестованные в качестве рабочих эталонов 1-го разряда в ФГУП «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева» (№ 383/03/21369 от 16.07.2003, погрешность аттестации эталонов 4%). Анионный состав водных проб определен методом титрования, катионный - методом ICP-MS на масс-спектрометре фирмы "Agilent" (США) и
на ELEMENT (Finnigan Mat, Germany). Относительная погрешность определения концентраций ионов не превышает 15%.
Привязка точек отбора проб и полевых измерений проводилась с помощью GPS-навигатора ETREX.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
В течение первого года основная масса корот-коживущих изотопов наведенной и осколочной активности распалась, далее в течение длительного периода времени - до 100 лет после взрыва одним из основных вкладчиков в общую активность будет именно тритий, и только потом - дол-гоживущие осколочные радионуклиды 90Sr, 137Cs и почти вечные делящиеся изотопы Pu. Формы нахождения трития в полости взрыва не освещены в открытой печати. В поверхностных условиях тритий находится преимущественно в виде молекулы воды 1H3HO [9]. Форма нахождения трития в виде воды обусловливает его высокую подвижность и возможность его использования в
качестве индикатора существующих источников и доминирующих направлений водного массо-переноса техногенных радионуклидов в районах МПЯВ, потому в ходе наших исследований особое внимание придавалось именно тритию. Введено понятие «тритиевая съемка» - массовый отбор проб природных вод для определения в них содержания трития.
Объект МПЯВ «Кратон-3»
Выше по течению от объекта МПЯВ «Кратон-3» в р. Марха и в мелких ручьях нами определено местное фоновое содержание трития, равное от 5 ± 2 до 6 ± 2 Бк/л. Местный фон соответствует современному глобальному техногенному фону трития в поверхностных водах, оцененному примерно в 5 Бк/л [9]. Фоновое содержание трития в р. Енисей, по данным Бондаревой Л.Г., равно 5 Бк/л [15, 16]. В р. Лена (июль 2010 г.) выше г. Ленска нами установлен тритий в концентрации 7±2 Бк/л, что тоже соответствует его глобальному фону (в пределах погрешности метода). Следует заметить, что современный глобальный фон три-
Рис. 2. Схема расположения объекта МПЯВ «Кратон-3» на правом берегу р. Марха. Штриховой линией показана граница «мертвого» леса по результатам дешифровки космоснимка Landcat; изолинии в абс.м., кружки разной величины - точки отбора проб воды и содержания в них трития (Бк/л).
тия в поверхностных водах сформировался во второй половине ХХ в. вследствие ядерных испытаний и вырос практически в 50 раз по сравнению с естественной тритиевой единицей 0.12 Бк/л.
Устье боевой скважины МПЯВ «Кратон-3» расположено всего в 160 м от берега р. Мархи (рис. 2). Радиоактивный след, визуально фиксируемый границами погибшего леса (названного «мертвым»), протягивается к северо-востоку от устья скважины в пределах бассейна водосбора р. Мархи и руч. Безымянный. Местный рельеф обусловливает сбор поверхностных стоков с большей части радиоактивного следа в руч. Безымянный, только с ближнего (и наиболее загрязненного) загрязненного участка поверхностные стоки впадают напрямую как в р.
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.