ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ, 2009, № 5, с. 66-83
ПРИРОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ И ДИНАМИКА ГЕОСИСТЕМ =
УДК 504.53.054+539.16
ЦЕЗИЙ-137 В ПОЧВАХ ЛАНДШАФТОВ ЧЕРЕЗ 20 ЛЕТ ПОСЛЕ АВАРИИ НА ЧЕРНОБЫЛЬСКОЙ АЭС
© 2009 г. Е.В. Квасникова, О.М. Жукова, С.К. Гордеев, С.В. Константинов,
С.С. Киров, А.В. Лысак, Д.А. Манзон
ГУ Институт глобального климата и экологии Росгидромета и РАН Поступила в редакцию 26.03.2008 г.
Исследование профилей вертикального распределения в почве 137Сб, долгоживущего дозообра-зующего радионуклида, наиболее распространившегося в результате аварии на Чернобыльской АЭС, важно для определения дозовых нагрузок на население и экосистемы, определения доступности радионуклида корневыми системами растений. Изучение таких профилей проводилось в последние 20 лет для многих почв лесной и степной природных зон Европы и европейской части России [например, 6, 10, 19, 21, 23].
Выпадения 137Сз в результате аварии на ЧАЭС происходили в Европе, в основном, в период с 26 апреля до 10 мая 1986 г. [6]. Вскоре после выпадений радионуклида на поверхность почвы он начинал проникать в верхние почвенные горизонты, формируя вертикальные профили [8, 18].
В условиях интенсивного землепользования в пределах восточного чернобыльского следа на территории России, совпадающего по простиранию с расположением лесостепной природной зоны с весьма плодородными почвами, ландшафты, не нарушенные ни человеком, ни эрозией, встречаются фрагментарно. К ним относятся лесные массивы, полезащитные лесополосы, а также прилегающие к балкам и долинам хорошо задернованные нераспахиваемые участки склонов междуречий. Другие элементы ландшафтных ка-тен, как правило, подвергаются влиянию смыва, транзита или накопления почвенного материала.
Вертикальное распределение радионуклидов: теоретические основания исследования. Радиационная обстановка на загрязненной местности определяется радионуклидным составом, плотностью загрязнения почв (запасом) для каждого радионуклида и вертикальным распределением радионуклида в почве. От вертикального распределения зависят дозы внешнего облучения, поступление радионуклида в растения и сельскохозяйственные продукты, скорость смыва загрязненной почвы поверхностными водами, поступление радионуклида в грунтовые воды, дефляция, приводящая к загрязнению приземной атмосферы. Нами будет рассматриваться 137Сз
как наиболее распространенный в чернобыльских выпадениях на территории России [6].
Вертикальное распределение радионуклидов в почве изучается со времен выпадений продуктов ядерных испытаний [3, 14, 15]. Однако, из-за многофакторности процессов миграции количественное описание формирования вертикальных профилей затруднительно, хотя такие попытки делались [2, 5, 19].
Вертикальная миграция зависит, с одной стороны, от характера выпадений и свойств выпавших частиц, а с другой - от свойств почв и интенсивности эрозионно-аккумулятивных процессов в месте выпадения. Различают топливные частицы, сохранившие структуру ядерного топлива; конденсационные частицы, прошедшие испарение и конденсацию с сорбцией на атмосферной пыли и включенные в атмосферный аэрозоль; растворы и коллоиды соединений радионуклидов в дождевой воде. На территории России мы имеем дело преимущественно с конденсационными частицами, перенесенными на большие расстояния в составе атмосферных аэрозолей. В России топливные частицы преимущественно тонких фракций выпали лишь на западе Брянской области [6, 22].
В ходе выпадения 137Сз формируется его начальный профиль в почве. На его характер влияют свойства подстилающей поверхности, дисперсность и физико-химические свойства частиц, а также характер выпадений. Различают влажные выпадения (с осадками) и сухие (гравитационные) выпадения.
Сформировавшийся вскоре после свежих выпадений начальный профиль изменяется под
Рис. 1. Местоположение площадок исследований на фоне схематического изображения части восточного чернобыльского следа с наиболее высокими уровнями плотности загрязнения местности 137Сs (по состоянию на 1993 г.) по карте масштаба 1: 2.500.000 атласа [1]. 15 Ки/км (555 кБк/м2) - зона отселения; 5-15 Ки/км2 (185-555 кБк/м2) - зона жесткого контроля (возможно загрязнение молока); 1-5 Ки/км (37-185 кБк/м ) - зона регулярных наблюдений
действием процессов, в которых различают следующие виды переноса [14, 16]: вертикальный перенос с почвенными растворами, лессиваж, био- и криотурбации; латеральный перенос, связанный с действием ветра и потоков воды, деятельностью животных и человека; биологический перенос, связанный с поступлением радионуклидов в живые организмы и растения.
Принято описывать вертикальную миграцию 137С§ конвективно-диффузионными моделями [5, 15, 19]. Большинство математических аппроксимаций профилей миграции касается "идеальных", не нарушенных после выпадений почв.
Процесс латерального переноса 137Сз, прочно сорбированного почвенными частицами, влияет на изменение вертикального распределения радионуклидов как в месте смыва, так и в месте переотложения почвенного субстрата: радионуклиды переносятся с частицами почвы, поэтому описание переноса частиц почвы - это и есть описание миграции радионуклида. Отметим, однако, возможное влияние распределения радионуклида по размерам частиц почвы, по минеральным фракциям, которые при механическом переносе могут сепарироваться. Моделирование эрозии и смыва представляет собой отдельную и весьма трудоемкую задачу [4, 12].
Нами проводится сравнительный анализ форм профилей 137С§ в почве, где влияние различных видов миграции варьирует, что затруднительно корректно моделировать.
Выбор мест отбора проб и объекты исследования. В процессе полевых работ применялись методики, выработанные при обследованиях территорий после аварии на ЧАЭС [6, 7]. Однако при этом в противовес принятым при мониторинге геометрическим сетям точек измерений, учитывались особенности задач фиксирования влияния миграции на изменение поля загрязнения и применялись ландшафтные подходы к выбору репрезентативных мест для отбора проб на площадках [8, 13, 16].
Площадки для отбора проб приурочены к территориям России, где отмечались выпадения 137Сз после аварии на Чернобыльской АЭС с уровнями более 185 (5 Ки/км2) (рис. 1). Оговорим, что здесь и далее величины плотности загрязнения местности будут даваться как в системных единицах (кБк/м2), так и в несистемных (Ки/км2), традиционно принятых как в бывш. СССР, так и во многих зарубежных странах. Площадки, выбранные для рассмотрения в данной статье, представляют собой характерные ландшафтные сопряжения для Брянского полесья и Среднерусской возвышенности.
Выбор точек отбора проб внутри площадок основывался на методе ландшафтного профилирования, базирующегося на выделении границ сопряженных ландшафтов, участвующих в балансе вещества. В них намечаются участки смыва (эрозии), транзита и аккумуляции почвенного материала. Геоморфологически верхние точки профилей площадок выбирались на водоразделах
Таблица 1. Географическая привязка исследованных участков
Условное название площадки
Краткое ландшафтное описание
Координаты
широта (с.ш.)
долгота
(в.д.)
Ущерпье, Брянская обл. Клинцовский р-н
Деменка, Брянская обл., Новозыбковский р-н,
Кцынь-Рессета, Калужская обл., Ульяновский р-н
Становой Колодезь Орловская обл., Орловский р-н
Сопряжение палеодюнного пологого междуречья Брянского полесья с обширной поймой долины р. Ипуть. Геоморфологически верхняя точка - бор на вершине па-леодюны с разнотравным покровом на дерново-подзоле (автоморфный ландшафт).
Геоморфологически средневысотные точки на обширной высокой гривисто-западинной пойме (межгривное понижение; склон и вершина гривы), затопляемой в половодье (транссупераквальный ландшафт). Геоморфологически нижние точки на низкой пойме и обнажившейся в межень части русла (транссупераквальный ландшафт).
Пологий склон флювиогляциального междуречья Брянского полесья р. Ипуть и ее левого притока. Верхняя часть склона под сосново-березовым лесом с мохово-разнотравным покровом на дерновых супесчаных почвах (автоморфный ландшафт).
Средняя часть склона под пашней кормовых, уклон 2-3° на дерновой супесчаной окультуренной почве (трансэлювиально-аккумулятивный ландшафт). Нижняя часть склона под луговым разнотравьем на дерновой супесчаной почве (трансэлювиально-аккумулятивный ландшафт).
Сопряжение смешанного леса на междуречье (на Среднерусской возвышенности) с поймой р. Рессеты. Привершинная часть междуречья, осложненного буг-ристо-западинным микрорельефом под широколиственным лесом с примесью осины и ели на дерново-под-золе, ожелезненном, перекрытом мощной лиственной подстилкой под разнотравным покровом (автоморфный ландшафт).
Блюдцеобразная западина на пойме р. Рессеты, сухая в межень, под осоковым тонколистным высокотравьем на аллювиальной торфяно-глеевой среднесуглинис-той почве (супераквальный ландшафт). Пойма р. Рессеты, осложненная гривисто-западинным микрорельефом под густым, преимущественно злаковым лугом без следов покоса и выпаса на аллювиальной дерново-глееватой супесчаной почве (транссупер-аквальный ландшафт).
Сопряжение выпуклого распаханного междуречья (на Среднерусской возвышенности) с долиной ручья Становой (бас. Верхней Оки).
Выпуклое междуречье под полем зерновых (распашка вдоль склона) на черноземе типичном (миграционно-мицеллярном) окультуренном.
Нижняя часть выпуклого междуречья под остепненным лугом на черноземе типичном (миграционно-мицелляр-ном).
Склон и пойма долины ручья под луговым разнотравьем, щучковым кочкарником и прирусловым ивняком на черноземно-луговых почвах с различными признаками оглеения (по мере приближения к руслу).
52°43'14'
31°54'02'
52°28'55'
31°50'14'
52°37'56'
35°14'06'
52°47'28'
36°21 '10'
Таблица 2. Сравнительный анализ характеристик форм профилей вертикального распределения 137Сб в почвах автоморфных лесных ландшафтов
Площадка Запас, кБк/м2 (Ки/км2) Запас в 5-см слое, % Центр запаса, см Положение максимума, см МД*, мкР/ч Кд**, мкР/ч
1986 2007
Деменка 1480(40) 925(25) 97 2.1 2.5 210 8.8
Ущерпье 555(15) 370(10) 72 2.3 2.5 73 6.6
Кцынь 2
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.