РАДИОЭКОЛОГИЯ
УДК 574::539.1.04:58.051
РАДИОЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА ВОСТОЧНО-УРАЛЬСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ЗАПОВЕДНИКА И СОПРЕДЕЛЬНЫХ ТЕРРИТОРИЙ
© 2011 г. Л. Н. Михайловская1*, И. В. Молчанова1, Е. Н. Караваева1, В. Н. Позолотина1, О. В. Тарасов2
1 Институт экологии растений и животных УрО РАН, Екатеринбург 2 Федеральное Государственное унитарное предприятие Производственное объединение "Маяк", Озерск
Изучены уровни загрязнения и пространственное распределение 90$г и 137С8 в почвенном покрове Восточно-Уральского государственного заповедника и сопредельных территорий. Заповедник, расположенный в Челябинской области, представляет собой "головную" часть Восточно-Уральского радиоактивного следа, образовавшегося в 1957 г. в результате аварии на производственном объединении "Маяк". В пределах обследованной территории содержание радионуклидов в почвах снижается по экспоненциальному закону по мере удаления от источника загрязнения. Основным загрязнителем центральной части заповедника (97% от суммарного загрязнения) остается поступивший в почвенный покров в результате аварии 1957 г. На территории, сопредельной с западной границей заповедника, вклад этой аварии в радиоактивное загрязнение уменьшается до 67%, что приводит к снижению радиационной нагрузки на объекты окружающей среды. К востоку от границы заповедника загрязнение почв сформировано в значительной степени за счет 137С8, поступившего в результате ветрового сдува донных отложений с берегов оз. Карачай (1967 г.). Отмечено обогащение лесных подстилок этим радионуклидом, обусловленное его поступлением в составе современных атмосферных выпадений.
Ядерные аварии, загрязненные территории, пространственное распределение радионуклидов, запасы радионуклидов в почвах.
В результате радиационной аварии 1957 г. на Производственном объединении "Маяк" была загрязнена обширная территория (23 000 км2), названная Восточно-Уральским радиоактивным следом (ВУРС). В аварийных выбросах среди дол-гоживущих радионуклидов преобладал 90Sr. Позднее, в 1967 г. на эту зону наложилось загрязнение, обусловленное ветровым сдувом радиоактивных донных отложений оз. Карачай — технологического водоема ПО "Маяк". Основным загрязнителем донных отложений являлся 137Cs. Вблизи эпицентра аварии на территории с высоким уровнем загрязнения в 1966 г. был создан Восточно-Уральский государственный заповедник — ВУГЗ. За годы, прошедшие после аварии, на его территории выполнены различные по тематике радиоэкологические исследования, получены уникальные данные, как в научном, так и в практическом плане [1—5]. Заповедник общей площадью 16616 га до сих пор является полигоном, на котором разрабатываются технологии специального природопользования. В настоящее время интегральные запасы 90Sr в его почвенном покрове со-
* Адресат для корреспонденции: 620144 Екатеринбург, ул. 8 Марта, 202, ИЭРиЖ УрО РАН; тел.: (34377) 3-20-70; e-mail: molchanova_i_v@mail.ru.
ставляют 571.2 х 1012 Бк, а 137С8 - 66.1 х 1012 Бк [6]. Такие количества долгоживущих радионуклидов превращают заповедник в источник вторичного радионуклидного загрязнения сопредельных территорий.
Цель работы состояла в изучении пространственного распределения радионуклидов в почвенном покрове ВУГЗа и сопредельных территорий, а также в оценке вклада двух радиационных инцидентов в их загрязнение.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА
Исследованиями, проводимыми в 20032009 гг., была охвачена южная часть ВУГЗа и его окрестности. Обследованная территория расположена в лесостепной зоне на высокой предгорной равнине Зауральского пенеплена, рельеф которой характеризуется общим понижением с запада на восток. В данном регионе преобладают западный, юго-западный и северо-западный ветры. Наземные экосистемы представлены в основном березовыми, и смешанными (сосново-бере-зовыми) лесами, частично суходольными лугами и залежами; в почвенном покрове преобладают серые лесные и дерново-подзолистые почвы [7].
Таблица 1. Удельная активность радионуклидов в компонентах наземных экосистем (центральная трансекта)
Компонент 90Sr, кБк/кг 137Cs, кБк/кг 90Sr/137Cs
воздушно-сухая масса зола воздушно-сухая масса зола
Лесная подстилка 4-914 15-6950 0.2-5.6 0.9-42.3 16-232
Почва, 0—5 см 4-300 - 0.9-19.6 - 4-22
Надземная масса растений:
древесных 9-209 324-10460 0.1-0.9 5.5-25.0 31-5000
травянистых 4-227 63-3400 0.07-1.8 0.7-25.8 60-1533
В ходе проведения работ было заложено три тран-секты протяженностью 15 км каждая. Центральная трансекта (1) — совпадала с осью следа, а западная (2) и восточная (3) — проходили вдоль соответствующих границ заповедника (рис. 1). В пределах выделенных трансект, в основных типах экосистем на разном удалении от эпицентра аварии выделяли реперные участки, однородные по мезорельефу. На каждом участке закладывали по 3—6 почвенных разрезов, располагая их в вершинах равносторонних треугольников с длиной стороны 10 м. Содержание радионуклидов в пробах почв, отобранных по такой схеме, представительно характеризует территорию площадью 0.01 км2 [8]. Общее содержание радионуклидов в 50-сантиметровом почвенном слое, включая лесную подстилку, нормированное на площадь, условились называть запасом [9].
Все пробы высушивали до воздушно-сухого состояния, а затем озоляли при t = 450°С. Содержание 90Sr определяли радиохимическим методом [10] с использованием малофоновой радиометрической установки типа УМФ-2000 (Россия) или на бета-спектрометре с программным обеспечением "Прогресс" (Россия). Нижний предел обнаружения составляет 0.2 и 0.7 Бк соответственно. Погрешность методов не превышала 20%.
Содержание 137Cs в образцах определяли на сцинтилляционном гамма-спектрометре с программным обеспечением "Прогресс" и многоканальном анализаторе фирмы Canberra-Packard (США) с германиевым полупроводниковым детектором. Нижние пределы обнаружения для этих спектрометров составляют 3.0 и 0.1 Бк соответственно, а ошибка счета не превышает 15%.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Результаты проведенных исследований показали, что в пределах центральной оси следа 90Sr является основным загрязнителем (рис. 2). Максимальный его запас в непосредственной близости от южной границы заповедника достигает 95 х 103 кБк/м2 и снижается более чем на порядок
величин на расстоянии 15—20 км. Аналогичный характер пространственного распределения наблюдается и для 137сб. Его запас в почве по мере увеличения расстояния изменяется от 2.6 х 103 до 1.5 х 102 кБк/м2. На всем протяжении центральной трансекты величина отношения запасов 908г и 137сб (908г/137С8) в почве варьирует незначительно и в среднем составляет 33.2 ± 1.8.
На сопредельной территории к западу от границы заповедника 908г остается основным загрязнителем, его запас в почве значительно ниже 50— 12 кБк/м2. Отметим, что и в этом случае величина отношения 908г/137С8 не изменяется с расстоянием и в среднем составляет 2.7 ± 0.3. К востоку от границы заповедника уровень загрязнения почвенного покрова 908г примерно в 2 раза, а 137С8 в 6 раз выше, чем на западном участке. Запас 908г в почвах этой трансекты составляет 117—25 и 137С8 136—20 кБк/м2, а отношение 908г/137С8 независимо от расстояния варьирует в пределах 0.4—2.1.
Высокий уровень содержания 908г, достигающий десятков и сотен кБк на кг сухого вещества, отмечен и для различных компонентов растительного покрова изученных экосистем в зоне центральной трансекты (табл. 1). При сгорании органических материалов уровень загрязнения золы возрастает на 1—2 порядка величин. Величина отношения удельных активностей 908г и 137С8 в компонентах экосистем варьирует в широких пределах от 4 до 5000, его максимальное значение наблюдается в надземной массе древесных растений (усредненные пробы, включающие мелкие и крупные ветки, листья).
Штатные газоаэрозольные выбросы ПО "Маяк" загрязняют почвенно-растительный покров в зоне влияния на протяжении более 50 лет. Технологии, используемые на предприятии, а значит и состав выбросов, с течением времени неоднократно изменялись [4], поэтому определить их вклад в загрязнение обследованной территории очень сложно. По имеющимся в литературе данным в настоящее время в выбросах ПО "Маяк" долгоживущие радионуклиды представлены преимущественно 137сб, а основное направление ветрового переноса аэрозолей в зоне влияния пред-
Рис. 1. Схема обследованного района РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ том 51 № 4 2011
приятия — восточное, юго-восточное и северовосточное [11]. Учитывая это обстоятельство, мы попытались оценить вклад современных выбросов ПО "Маяк" по уровню загрязнения лесных подстилок. Исследования проводили на лесных участках, близких к западной и восточной границам ВУРСа, идентичных по составу растительных сообществ и почвенно-экологическим условиям. Они были сосредоточены вблизи г. Касли и н.п. Метлино, на одинаковом расстоянии от ПО "Маяк". Результаты проведенных исследований показали, что среднее содержание 908г в лесных подстилках западной трансекты составляет 500 Бк/м2, а на восточной — в 2.5 раза больше (табл. 2). Примерно также различается и уровень загрязнения почв 908г на этих же участках.
В лесных подстилках восточной трансекты запас 137Сб в 25 раз превышает таковой для западных участков, в то время как уровень загрязнения почв различается только в 9 раз. Об относительном обогащении лесных подстилок 137С8 свидетельствует и изменение величины отношения 908г/137С8 .
Для количественной оценки вкладов двух событий в загрязнение обследованной территории использовали радионуклидные отношения, характеризующие выпадения, и величины запасов радионуклидов на реперных участках. Ранее было установлено, что в аварийных выпадениях 1957 г. величина отношения 908г/137С8 составляла 71.0, а в загрязненных донных отложениях береговой зоны оз. Карачай — 0.3 [12]. Решая систему уравнений с использованием приведенных отношений, рассчитали вклад 2-х аварий в загрязнение 908г и 137Сб почвенного покрова каждой трансекты:
х + у = а, (1)
V + р = Ь, (2)
-71х + V = 0, (3)
—0.3у + р = 0, (4)
где х — 137Сб, V — 908г, поступившие в ходе аварии 1957 г. (кБк/м2); у — 137С8, р — 908г, при
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.