РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ, 2014, том 54, № 6, с. 650-656
РАДИОЭКОЛОГИЯ
УДК 574::539.1.04:76.33.39
НАКОПЛЕНИЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ РАДИОНУКЛИДОВ 9(^г И 13^ В ВОДЕ, ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ И МАКРОФИТАХ
ОЗЕРА МАЛЫЕ КИРПИЧИКИ © 2014 г. К. В. Каблова*, В. В. Дерягин, С. Г. Левина, А. А. Сутягин
Челябинский государственный педагогический университет, Челябинск
Исследование посвящено анализу процессов накопления и распределения долгоживущих радионуклидов и С8 в компонентах вода—донные отложения—макрофиты оз. Малые Кирпичики (Челябинская область). Показаны особенности перераспределения радиоактивных веществ в зависимости от механического состава донных отложений озера и видового состава водной растительности. Определены уровни содержания радионуклидов в водной массе, донных осадках и макрофитах исследуемого водоема. Показан общий запас радионуклидов в воде и донных отложениях. Рассчитаны коэффициенты накопления
и С8 в донных отложениях и макрофитах.
Долгоживущиерадионуклиды, экосистема, система "вода—донные отложения—макрофиты", коэффициент накопления, плотность загрязнения, общий запас радионуклидов.
БО1: 10.7868/8086980311406006Х
При анализе радиоэкологического состояния озерных экосистем необходимым звеном исследований является изучение системы "вода-донные отложения", так как радионуклиды, поступившие в водоем, сорбируются взвесями и осаждаются, претерпевают радиоактивный распад, накапливаются водной биотой, что приводит к самоочищению воды озера. Однако в результате этих процессов донные отложения, в которых накапливаются радионуклиды, становятся долговременным депо загрязнителей и источником вторичного радиоактивного загрязнения. Воздушная и гидрологическая миграция радионуклидов, поступление радионуклидов в подземные воды приводят к их постепенному распространению в окружающей среде, включению в пищевые цепочки и дополнительному облучению человека. Как естественная геологическая среда, так и аварийные ситуации и многолетняя деятельность одного из крупнейших предприятий атомной промышленности и ядерного оружейного комплекса России — Производственного объединения "Маяк" привели к формированию в Уральском регионе чрезвычайной радиоэкологической ситуации [2—4].
Особый интерес вызывает исследование водных экосистем Уральского региона, испытывающих различные техногенные воздействия с целью
* Адресат для корреспонденции: 454074 Челябинск, ул. Бажова, 48, естественно-технологический факультет ФГБОУ ВПО "ЧГПУ"; тел.: (351) 772-09-24; e-mail: gummel100@mail.ru.
прогноза поведения таких систем и их возврата в хозяйственно-бытовое использование [1]. На территории Восточно-Уральского радиоактивного следа (ВУРС) находится большое число водных систем. В настоящее время большинство водоемов с различной интенсивностью вовлечены в хозяйственную деятельность, что требует проведения мониторинговых исследований их радиоэкологического состояния. Исследования особенностей накопления и распределения долгоживущих радионуклидов в различных компонентах водоемов (вода, донные отложения, макрофиты) позволяют выявить действие таких водоемов в качестве дезак-тиваторов. Исследование миграции, содержания и распределения долгоживущих радионуклидов 908г, 137Сб представляется актуальным при выявлении барьерной роли пресноводных экосистем по отношению к переносу радиоактивных веществ за пределы данной экосистемы.
Целью работы было исследование содержания и распределения 908г и 137С8 в воде и донных отложениях озерной экосистемы Малые Кирпичики (ближняя зона ВУРСа).
Основные задачи исследования:
1) определить основные физико-химические показатели и уровни удельной активности радионуклидов 908г, 137Сб в воде оз. Малые Кирпичики;
2) определить уровни содержания радионуклидов 908г, 137Сб в грунтах и макрофитах исследуемого водоема на современном этапе;
Таблица 1. Морфометрические параметры водоема
Озеро Расстояние от источника эмиссии, км Площадь зеркала (3), км2 Объем водной массы, млн м3 Глубина, м Тип Коэффициент открытости ¿У#сР [6]
Нмакс Нср минерализации
Малые Кирпичики 19 1.76 3.8 3.3 2.7 М/1 0.65
3) установить особенности перераспределения радионуклидов 908г, 137С8 между компонентами озерной экосистемы "вода—донные отложения— макрофиты".
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА
Объектами исследования являются вода, донные отложения и водная растительность экосистемы оз. Малые Кирпичики, используемые местным населением в хозяйственно-бытовых целях. Водоем расположен на юго-востоке ВУРСа, на расстоянии 19 км от эпицентра взрыва. Озеро слабопроточное, его приток — р. Караболка (Иртышский бассейн) у села Кирпичики. Географические координаты оз. М. Кирпичики 55°50'41" N 61°0'40" Е. Определение морфометрических параметров озер проводилось согласно стандартным гидрологическим методикам [5, 6].
В табл. 1 представлены морфометрические параметры исследуемого водоема.
Согласно рассчитанным коэффициентам открытости для оз. Малые Кирпичики наблюдаются хорошие условия ветрового перемешивания.
Отбор проб воды, донного грунта и водной растительности производили летом 2012 г. Пробы воды отбирали с поверхностных (0.2—0.5 м от поверхности) горизонтов батометром Молчанова ГР-18 (Россия) в трех повторностях (по 20 л на повторность на радиохимический анализ) (ГОСТ 17.1.5.05.-85 и ГОСТ Р 51592-2000) [6]. Принцип метода определения 908г и 137Сб в воде основан на совместном концентрировании из больших объемов 137С8 на ферроцианиде никеля и 908г в виде карбонатов. Выделение 137С8 проводят из солянокислых растворов в виде сурьмяноиодидной соли после разрушения ферроцианидов серной кислотой. Выход носителя цезия определяют весовым методом. Определение 908г проводят по дочернему 90У после экстракционного выделения моноизоок-тилметиловым эфиром фосфоновой кислоты (МИОМФК). Выход 90У в экстракт учитывается при определении калибровочных коэффициентов. Выход носителя стронция определяют пламенно-фотометрическим методом по эталонам сравнения. Калибровку аппаратуры проводят, используя образцовые растворы (ОРР) 137Сз и 908г + 90У
Измерение р-активности выделенных препаратов проводится на малофоновой установке УМФ-2000. Погрешность измерения 908г и 137С8 составляет 15 и 10% при больших активностях [1]. Определение физико-химических показателей проводили согласно стандартным методикам [7]. Радиохимический анализ и анализ физико-химических свойств воды проводили на базе Уральского научно-практического центра радиационной медицины.
Отбор проб донных отложений осуществляли с использованием стандартного гидрологического оборудования, позволяющего получать образцы с ненарушенной стратификацией. Колонка донных отложений на исследуемом озере отбиралась до подстилающих пород (ГОСТ 17.1.5.0.1-80) [6]. Донные отложения представлены илистыми сапропелями. В табл. 2 дана характеристика колонок донных осадков, отобранных на оз. М. Кирпичики.
Для отбора высшей водной растительности использовались стандартные методики [8]. Отобранные макрофиты сортировали по видовой принадлежности. В табл. 3 представлены основные виды макрофитов озера М. Кирпичики, имеющие накопительную значимость для определенных типов загрязнений.
Пояс прибрежной растительности распространяется на 20—40 м, что свидетельствует о довольно высокой эвтрофности водоема М. Кирпичики. Пояс образован ассоциациями:
1) рогоз широколистный, водокрас, телорез;
2) телорез, кувшинка, кубышка.
Встречаются папоротники и частуха.
Пробоподготовку образцов донных отложений и макрофитов проводили в лаборатории физико-химического анализа кафедры химии Челябинского государственного педагогического университета.
Методика определения 908г в донных отложениях и макрофитах (после предварительной подготовки: растирание донных осадков, озоление макрофитов и перевод их в раствор) основана на выделении радионуклида в форме оксалатов, отделении 90У от 908г и радиометрическом измерении полученных препаратов. Выход 90У в экстракт учитывается при определении калибровочных коэффициентов. Выход носителя стронция опре-
Таблица 2. Характеристика колонок донных отложений, взятых на оз. Малые Кирпичики
Глубина, см Описание горизонта
0- 1 Черный жидкий (неконсолидированный) сапропель
1- 4 Темно-бурый слабоконсолидированный (творожистый) сапропель
4- 7 Темно-бурый с сизым оттенком консолидированный сапропель, распадающийся с крупными раковистыми изломами
7.0- 9.5 Темно-бурый консолидат с ракушью и коричн. прослойкой на 56-м см
9.5- 12 Очень темный сапропель с редкой ракушью
12- 17 Серый с редкой ракушью и коричн. примазками книзу ил. Верхняя граница — растительные остатки типа Сагех или Phгagmites
17- 22 Коричневый ил с мелкой ракушью
22- 27 Серый ил с редкой мелкой ракушью
27- 37 Коричневый ил с редкой мелкой ракушью
37- -63 Темно-коричневый ил, подстилаемый слоем растительных остатков типа Сагех или Phгagmites
Таблица 3. Накопительная значимость основных видов макрофитов оз. Малые Кирпичики [9, 10]
Индикаторы
Название вида органического загрязнения ацидофикации эвтрофирования (азот, фосфор) загрязнение тяжелыми металлами
Рогоз широколистный (лат. Typha latifólia) + +
Кубышка желтая (лат. Núphar lútea) +
Водокрас лягушачий (лат. Hy-drócharis mórsus-ránae) + +
Кувшинка белая (лат. Nymphaea alba) +
Телорез алоэвидный (лат. Stra-tiótes aloídes) + +
деляют пламенно-фотометрическим методом по эталонам сравнения. Измерение р-активности выделенных препаратов проводятся на малофоновых установках УМФ-1500 и УМФ-2000. Относительная погрешность метода при доверительной вероятности р = 0.95 составляет 15% [1].
Анализ проб донных отложений (предварительно растертых) и макрофитов (озоленных) на содержание 137Cs проводили гамма-спектрометрическим методом, используя для измерения активности германиевый полупроводниковый детектор с высоким разрешением. Использовалась гамма-спектрометрическая установка фирмы "Canberra" (Model S400 Genie-PC Spectroscopy System), а для обработки спектрограмм и расчета активности — персональный компьютер марки Pentium с программой Genie-PC. Предел обнаружения 137Cs составляет 1 Бк/кг. Относительна
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.