ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2012, № 4, с. 293-309
УДК 539.16;551.482.1;551.444.3(476)
ПОСТЧЕРНОБЫЛЬСКАЯ ГИДРОСФЕРА БЕЛАРУСИ В РАЙОНАХ
РАДИОАКТИВНЫХ ВЫПАДЕНИЙ
(ретроспективный обзор)
© 2012 г. А. В. Кудельский*, Дж. Т. Смит**, В. И. Пашкевич*
* Институт природопользования НАН Беларуси, ул. Ф. Скорины, 10, Минск, 220114 Беларусь,
E-mail: nature@ecology.basnet.by ** University of Portsmouth, Burnaby Bldg, Burnaby Road, Portsmouth, PO1 3QL;
E-mail: jim.smith@port.ac.uk
Поступила в редакцию 5.10.2011 г.
Представлен ретроспективный обзор научных исследований гидросферы Беларуси в пределах загрязненных радионуклидами территорий (1986-2005 гг.). Изученная область занимает более 35 000 км2 с уровнями загрязнения 37-1480 кБк/м2 по 137Cs и 5.5-111 кБк/м2 по 90Sr. Установлены широкие вариации скоростей вертикальной миграции (0.11-2.66 см/год) и коэффициентов квазидиффузии (0.01-1.4 см2/год) радиоцезия по почвенным профилям к уровню грунтовых вод. Обнаружена статистически достоверная тенденция снижения во времени параметров миграции этого радионуклида в автоморфных дерново-подзолистых песчаных почвах высоких надпойменных речных террас. Уровни загрязнения грунтовых вод варьируют в пределах 0.02-0.58 Бк/л по 137Cs и от долей беккереля до 5.78 Бк/л по 90Sr. Изучено поведение радиоцезия и радиостронция в гидрологически изолированных верховой и низинной болотных системах, а также в речном стоке из бассейна Днепра и его притоков Припяти, Сожа, Беседи и Ипути. Показана динамика снижения концентраций этих радионуклидов в речных водах во времени, предложена математическая модель для прогнозирования уровней активностей 137Cs и 90Sr в речном стоке.
Ключевые слова: Чернобыльская катастрофа, радионуклидное загрязнение, гидросфера, состояние и прогноз.
ВВЕДЕНИЕ
Республика Беларусь вот уже 25 лет пребывает в условиях национальной экологической катастрофы. Авария на Чернобыльской АЭС (ЧАЭС) в апреле 1986 г. признана величайшим бедствием в истории планеты. В результате аварии из реактора, содержащего 190.2 т ядерного топлива, в окружающую среду были выброшены радиоактивные продукты общей активностью около 1.85 • 1018 Бк, причем до 70% радионуклидов выпало на территории Беларуси. Выброшенный материал содержал радиоактивные изотопы йода, цезия, церия, бария, стронция, плутония и др. Только активность 137Сз, выпавшего на территории Европы, составила 8 • 1016 Бк, из которой 19.6% пришлось на Западную Европу, около 20% на Россию, 24% выпало в Украине и 33.5% - в Беларуси. Общая площадь радиоактивного загрязнения Беларуси составила 35 000 км2, из которых 2200 км2 земель с первоначальной плотностью загрязнения радиоцезием свыше 1480 кБк/м2,
около 4200 км2 - с плотностью 555-1480 кБк/м2, 10 200 км2 - с загрязнением от 185 до 555 кБк/м2 и, наконец, 18 400 км2 - с плотностью загрязнения менее 185 кБк/м2.
Общий выброс 908г составил по разным оценкам от 8 до 10 ПБк [14], причем практически весь радиостронций оказался локализованным на территории Украины и Беларуси. На площади 21.1 тыс. км2 (около 10% всей территории Беларуси) установлены 908г-загрязнения почвенного покрова с плотностью от 5.5 до 111 кБк/м2 (районах наших исследований). Наибольшие уровни загрязнения отмечены в ближней к ЧАЭС 30-километровой зоне, отдельные "пятна" с плотностью до 25-30 кБк/м2 выявлены на весьма значительном расстоянии (до 250 км) от эпицентра выброса в Чериковском районе Могилевской области, а также на севере Гомельской области в Ветковском районе (до 111 кБк/м2).
После "единовременных" выбросов радионуклидов в апреле-мае 1986 г. вялотекущие про-
цессы радиационного загрязнения почвенного покрова продолжались и в последующие годы, о чем свидетельствуют наши наблюдения за состоянием снеговых выпадений и талых вод в течение 1987, 1988 и 1992 гг. Было установлено, что в 1987-1988 гг. средняя активность талой воды (с учетом активности твердых аэрозолей) составляла 6.75 Бк/л при размахе активности от долей до 448 Бк/л (выборка из 43 проб). В 1992 г. активность талой воды варьировала от долей до 12.56 Бк/л при средней 2.85 Бк/л (выборка из 15 проб).
На загрязненных землях Беларуси проживало до 2.1 млн. человек (около 20% от всего населения). Радионуклидами оказались загрязнены свыше 1.8 млн. га сельскохозяйственных земель (22% от общего количества), из которых 264 000 га полностью исключены из использования. Территория Полесского государственного радиаци-онно-экологического заповедника (131 400 га), где локализована основная часть долгоживущих альфа-излучателей, представляет собой заповедную зону в центре Европы, практически навсегда исключенную из сферы обитания людей [14].
Загрязненные территории Беларуси и Украины дренируются р. Днепр и его притоками (Припять, Сож, Ипуть, Беседь и др.). Естественная деконта-минация территорий Беларуси по 137Cs за период с 1986 по 1998 г. составила 7.7074 ПБк, вынос радиоизотопа в составе речного стока за эти годы достиг в среднем 0.0796 ПБк или 1.04-1.08% от его распада в пределах речных водосборов [4]. Большая часть выпавшего на территорию Беларуси 137Cs все еще находится в почвенном покрове, создавая серьезные радиобиологические проблемы (здоровье населения, загрязнение сельскохозяйственной продукции, питьевых вод и пр.).
С первых же дней после аварии (апрель 1986 г.) учеными лаборатории гидрогеологии Института геологических наук НАН Беларуси (в разные годы Институт геохимии и геофизики) проводятся интенсивные полевые (натурные) исследования радиационного состояния почвенного покрова районов чернобыльских выпадений, миграции 137 Cs и 90 Sr по почвенным профилям к уровню грунтовых вод, радиационного состояния поверхностных (болотные воды, реки и озера) и подземных вод. Работы поддерживались Госпрограммой Республики Беларусь по преодолению последствий аварии на ЧАЭС, огромная и наиболее информативная часть исследований выполнена в 1993-2005 гг. в рамках международных проектов Европейской комиссии:
1. Experimental collaboration project N3 "Modelling and study of the mechanisms of the transfer of radioactive material from terrestrial ecosystems to and in water bodies around Chernobyl". В составе этого проекта (EC-CIS Project ECP-3) белорусскими учеными выполнялся под-проект "Study of mechanisms, forms and dynamics of radioactive substances removal from peat-bog systems to water ecosystems. Modelling of the processes" (1993-1995 гг.).
2. Проект IC 15 CT 96-0206 "Aquatic countermeasure against uptake of radiocaesium by the ecosystem" ("AQUACURE", 1997-1999 гг.).
3. Проект IC 15 CT 98-0205 "Simplified models for predicting 89Sr, 90Sr, 134Cs, 137Cs, 131I in water and fish of rivers, lakes and reservoirs", в рамках которого нами разрабатывался INCO-Copernicus project "Aquiffers and surface-water in the Chernobyl area: observations and predictive evalution" ("AQUASCOPE", 2000-2002 гг.).
4. Проект INTAS-2001-0556 "Radio-Ecological Study of the Chernobyl Cooling Pond and Options Remediation" ("RESPOND", 2003-2005 гг.).
В тезисной форме результаты перечисленных исследований представлены ниже. Предваряя дальнейшее изложение, отметим, что предельно допустимая активность 137Cs и 90Sr в питьевых водах Беларуси принята (нормы РДУ-1999) равной 10 и 0.37 Бк/л соответственно.
Почвенный покров и внутрипочвенная миграция радионуклидов. На загрязненных территориях юго-восточной и восточной Беларуси почвенный покров представлен автоморфными дерново-подзолистыми (по классификации FAO UNESCO: Podzoluvisol, 32.7-52.1% от общей площади административных областей); полугид-роморфными дерново-подзолистыми заболоченными (Histosol, 26.7-29.5%) и аллювиальными дерновыми (Fluvisol, 9.2-13.2%); гидроморфными торфяно-болотными (Histosol, 5.7-16.6%); заболоченными дерновыми и дерново-карбонатными (Histosol, 6.3-7.7%). Всем этим почвам свойствен ряд особенностей, таких как низкое содержание почвенного гумуса, высокая кислотность и незначительное содержание подвижных микроэлементов. Широко распространены почвы легкого механического состава с содержанием фракции физической глины не более 10%.
Вертикальное распределение 137Cs и 90Sr в различных типах почв изучено (А.В. Кудельский с сотрудниками) в районах с широкими вариациями плотности радиоактивного загрязнения (от 6.9
115
Рм. 1. Гидрографическая сеть и схема расположения реперных площадок по изучению миграции и 908г в почве и их поступления в грунтовые воды. Плотность загрязнения территории по 137Сб (кБк/м2): 1 - 1480; 2 - 555-1480; 3 - 185-555; 4 - 37-185; 5 - исследовательские шурфы; 6 - Чернобыльская АЭС.
до 17 564 кБк/м2 по 13^ и от 22.2 до 111 кБк/м2 и более по 908г) на 18 реперных площадках в 96 шурфах в период 1987-2002 гг. (рис. 1). Главные типы изученных почв представлены минеральными дерново-подзолистыми (Podzo1uvi-8о1), высокоорганическими торфяно-болотными (№81о8о1) и дерново-аллювиальными супесчаными почвами (F1uviso1) различной влажности, зависящей от их положения в ландшафте и свойственной элементарным ландшафтам с разными режимами увлажнения (надпойменные террасы, высокие и низкие поймы рек, прибрежные понижения вокруг озер, заболоченные и мелиорированные территории и др.). По результатам послойного изучения распределения радионуклидов в почвенном профиле установлено, что основной запас (95-98%) даже через 16 лет после аварии на ЧАЭС находился в верхнем 5-сантимет-
ровом слое (рис. 2). Реже этот запас активности распределен в слое 0-20 см. Та же ситуация с 908г: даже по прошествии 16 лет после аварии основной запас радиоизотопа в почвенном покрове 30-километровой зоны был сосредоточен в слое 0-15 см. На полигоне Красноселье (песчаная дюна, репер 26а) глубина погружения достигала 21 см (по состоянию на 1992 г.)
Установлены [6] широкие вариации скоростей V - от 0.11 до 2.66 см/год для и от 0.14 до 7.14 см/год для 908г; коэффициентов квазидиффузии D - от 0.009 до 1.403 см2/год для 13^ и 0.0119 см2/год для 908г.
Для минеральных автоморфных дерново-подзолистых почв (Podzo1uviso1) высоких пойм и надпойменных террас установлена статистическая досто
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.