научная статья по теме КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА ВЫНОСА РАДИОЦЕЗИЯ ГЛОБАЛЬНЫХ ВЫПАДЕНИЙ ИЗ ЛАНДШАФТОВ ВОДОСБОРНОГО БАССЕЙНА ОБИ Геология

Текст научной статьи на тему «КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА ВЫНОСА РАДИОЦЕЗИЯ ГЛОБАЛЬНЫХ ВЫПАДЕНИЙ ИЗ ЛАНДШАФТОВ ВОДОСБОРНОГО БАССЕЙНА ОБИ»

ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2014, № 3, с. 215-223

ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ

УДК 631.416.8

КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА ВЫНОСА РАДИОЦЕЗИЯ ГЛОБАЛЬНЫХ ВЫПАДЕНИЙ ИЗ ЛАНДШАФТОВ ВОДОСБОРНОГО БАССЕЙНА ОБИ

© 2014 г. И. Н. Семенков, А. Ю. Мирошников

Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН, Старомонетный пер., д. 35, Москва, 119017 Россия. E-mail: semenkov@igem.ru

Поступила в редакцию 21.08.2013 г.

Изучена активность цезия-137 глобальных атмосферных выпадений в почвах трех водосборных бассейнов 1-го порядка в таежной, подтаежной и лесостепной зонах бассейна р. Обь. Рассчитан вынос радиоцезия из этих водосборов, который равен в таежном 0.48-5.0; подтаежном 14.9-15.3; лесостепном 14.1-15.7 мКи/км2 соответственно. На основе литературных данных о коэффициентах доставки наносов и разработанной типизации речных бассейнов проведена экстраполяция полученных результатов о выносе цезия-137 на территории освоенных семигумидных и гумидных речных бассейнов под естественной растительностью. Вынос цезия-137 глобальных атмосферных выпадений из бассейна Оби не превышает 4% от общих запасов.

Ключевые слова: ландшафтно-геохимическая арена, цезий-137, географическая информационная система (ГИС), глобальные атмосферные выпадения радионуклидов, геохимический барьер.

ВВЕДЕНИЕ

Поступление продуктов искусственного радиоактивного распада в окружающую среду началось во второй половине XX в. Среди них цезий-137 -один из основных дозообразующих радионуклидов с периодом полураспада 30.17 лет, занимает особое место.

После испытаний ядерного оружия в атмосфере оказалось 24.6 млн Ки (910 ПБк) 137Сэ [26]. В литературе сформировалось представление о том, что загрязнение им носит повсеместный характер в связи с глобальными выпадениями радионуклидов из атмосферы, интенсивность которых зависит от географической широты местности [1, 20-26]. Цезий-137 распространился по всей планете и обнаруживается практически во всех компонентах ландшафтов: растительности, поверхностных и подземных водах, донных отложениях, почвах, биоте и др., входит в пищевые цепочки и является важной составляющей радиационного фона [26]. Он выносится из ландшафтов в речную сеть и далее - в океан, аккумулируясь в пределах маргинального фильтра [9] на геохимических барьерах в зоне смешения речных и морских вод, что доказано на примере Карского моря [11].

В Северный Ледовитый океан 137Сз поступает от различных источников. Однако соотношения их вкладов в загрязнение Арктики не оценивались. Сибирские реки имеют обширные водосборы суммарной площадью около 11 млн км2, которые аккумулировали значительное количество радионуклидов глобальных атмосферных выпадений, следовательно, эти бассейны - действующие источники радиоактивного загрязнения.

Речной сток радионуклидов рассчитан для крупных водосборов севера Евразии [1] и отдельных рек Скандинавии по данным о величине чернобыльских выпадений и его концентрации в речных водах [21, 24]. Однако в этих работах практически не рассмотрены ландшафтно-геохи-мические особенности водосборов, что затрудняет экстраполяцию полученных авторами результатов на иные территории.

Цель наших исследований - расчет выноса це-зия-137 глобальных атмосферных выпадений из водосборной макроарены Оби.

ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Геохимические арены - это каскадные ланд-шафтно-геохимические системы, ограниченные единым водосборным или солесборным бассей-

ном. В соответствии с занимаемой площадью, выделяют микро-, мезо- и макроарены [4]. Их выделение основано на контрастности ланд-шафтно-геохимических условий на водосборах, но количественные критерии разделения еще не введены.

Микроарены приурочены к верхним звеньям речной сети [4] - водосборам оврагов, балок и небольших озер со слабоконтрастными или однородными ландшафтно-геохимическими условиями, и имеют 1-5-й порядок в кодировке водотоков по системе Философова-Страллера (рис. 1).

Мезоарены охватывают территории более крупных бассейнов с 5-го по 12-й порядок и обычно расположены в одной ландшафтной зоне, что определяет среднюю степень контрастности условий миграции в их пределах [4].

Макроарены - это системы регионального уровня, которые охватывают несколько ландшафтных зон и отличаются сложной геохимической структурой [4]. В системе кодировки Фи-лософова-Страллера они имеют с 12-го по 15-й порядок. Макроарены Оби, Енисея, Волги, Лены и Амура - крупнейшие на территории России.

Объектами исследований являются каскадные ландшафтно-геохимические системы регионального и локального уровней: макроарена Оби, имеющая 14-й порядок [15]; мезоарены бассейнов рек 10-го (3-го в масштабе карты 1 : 2 500 000) порядка и три микроарены 1-го порядка.

Рассматриваемая макроарена - самая крупная из принадлежащих бассейну Северного Ледовитого океана - занимает площадь около 3.5 млн км2 и объединяет водосборы Оби, Иртыша, Пура, Надыма, Таза и др. рек (рис. 2), поэтому ее можно рассматривать как наиболее значимый источник загрязнения Арктики цезием-137 глобальных атмосферных выпадений. Ее отличительные особенности - преобладание равнинных территорий, широкий спектр природных зон от арктических тундр на севере до полупустынь умеренного пояса на юге, слабая зарегулированность стока.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Цезий-137 в макроарене Оби. Современное загрязнение 137Сз обусловлено источниками его поступления, радиоактивным распадом, процессами миграции в системе почва - биота - поверхностные воды. В ландшафты макроарены Оби радиоцезий попадал с глобальными атмосферными выпадениями в результате аварий на ПО "Маяк" 1957 и 1967 гг., ядерных испытаний

Рис. 1. Принцип кодировки рек в системе Философова-Страллера.

Рис. 2. Макроарена Обской губы. Источники цезия-137: 1 -Северный полигон, 2 - ПО "Маяк", 3 - Сибирский химический комбинат, 4 - Семипалатинский полигон. Ключевые участки: В - Вагай, Т - Туртас, Ш - Шадринск.

на Семипалатинском и Северном полигонах (см. рис. 2). Сбросы жидких радиоактивных отходов ПО "Маяк" и Сибирским химическим комбинатом (СХК) привели к загрязнению пойм и донных отложений отдельных крупных рек,

не затронув ландшафты склонов и междуречья, поэтому в настоящей работе они не рассматриваются.

Поступление глобальных атмосферных выпадений цезия-137 на территорию макроарены рассчитано по данным о выпадениях стронция-90 для широтных поясов северного полушария с шагом 10° и соотношении в аэрозолях приземного слоя 137С§ и 9^г [26]. Для рассматриваемой территории (43°-73°с.ш.) определена функциональная зависимость интенсивности глобальных атмосферных выпадений цезия-137 (у) в кБк/м2 [26] от широты местности (х), которая описана уравнением (1) с коэффициентом детерминации Я2 - 0.99:

у = -0.002х2 + 0.196х + 1.592.

(1)

Потери 137С§, связанные с радиоактивным распадом, рассчитаны по формуле (2):

61

-0.693

А2011 - /30.17

х-0

(2)

где А2011 - запас цезия-137 (Бк/кг) в почве в 2011 г. (время отбора проб) по данным о его ежегодных выпадениях [14, с. 93, 26]; А( - величина выпадений радиоцезия в ¿-год; х - время в годах, которое рассчитано по формуле (3):

х - 2011 -

(3)

где 2011 - год отбора почвенных образцов; t -конкретный год.

Использовав программу ArcGis 9.2, в макроарене Оби выделены широтные пояса (см. рис. 2) с шагом 1°, 5° и 10°. Интерполяция величины плотности загрязнения 1- и 5-градусных широтных поясов проведена по уравнению (1). Суммарно на территорию макроарены Оби с учетом радиоактивного распада поступило около 184 кКи цезия-137 глобальных атмосферных выпадений (табл. 1).

Оценка транзитного и аккумулятивного потенциала геохимических арен в отношении 137Сз выполнена с применением программы ArcGis

(базовый масштаб 1 : 2 500 000). Исходная проекция топографической карты преобразована в равнопромежуточную коническую (центральный меридиан 72°, стандартная параллель 60°) в связи с особенностями расположения макроарены Оби.

Бассейновый подход. В соответствии с работами Ю.Г. Симонова и др. [15, 16], проведена кодировка водотоков в системе Философова-Страллера (см. рис. 1). В базовом масштабе в макроарене Оби выделена 1 река седьмого порядка - Обь (после слияния с р. Иртыш), 2 - шестого (Иртыш и Обь до их слияния), 7 - пятого (Тобол, Иртыш до слияния с ним, Тромъеган, Надым, Пур, Чулым и Обь до слияния с последним), 19 - четвертого, 156 - третьего, более 600 - второго и около 2800 - первого. Таким образом, на один водоток 4-го порядка приходится 8 водотоков 3-го порядка. Полученное соотношение в 3 раза выше, чем среднее значение для рек мира [15], что объясняется несколькими причинами. Многие реки 4-го порядка, например, Обь, Ишим, Иртыш, Тобол протекают по засушливым территориям, и на длительном расстоянии их порядок не меняется, так как они не принимают крупных притоков. Кроме того, в южной части бассейна Иртыша существует множество замкнутых бассейнов: в Зауралье, Кулундинской степи, Центральном Казахстане, - что способствует снижению разветвленности русловой сети. Суммарная площадь таких замкнутых водосборов составляет 24% от территории макроарены Оби, или 0.83 млн км2.

Помимо открытых и закрытых мезоарен, в пределах макроарены Оби выделены полупроницаемые, которые цезий-137 преодолевает только в растворенной и коллоидной формах. Они представлены водосборами водохранилищ и проточных озер. Обособление полупроницаемых мезоарен связано с тем, что взвешенные наносы, переносящие значительную часть 137Сз, аккумулируются в верхних бьефах водохранилищ и проточных озер. Суммарная их площадь составляет 27% от территории макроарены Оби, или 0.79 млн км2.

Таблица 1. Поступление цезия-137 глобальных атмосферных выпадений на территорию макроарены Обской губы

Размер выпадений, кКи Протяженность широтных поясов, в градусах

1 5 10

Без учета радиоактивного распада С учетом радиоактивного распада на 2011 г. 390 186 378 180 387 184

Таблица 2. Типизация бассейнов рек десятого порядка макроарены Обской губы

Аккумулятивный потенциал в отношении цезия-137 атмосферных выпадений

Закрытые Открытые

Зональное положение Очень высокий Высокий Средний Н

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