УДК 631.416.8
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЦЕЗИЯ-137 ГЛОБАЛЬНЫХ ВЫПАДЕНИЙ В ТАЕЖНЫХ И ТУНДРОВЫХ КАТЕНАХ БАССЕЙНА РЕКИ ОБЬ1
© 2015 г. И. Н. Семенков, А. А. Усачева, А. Ю. Мирошников
Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН 119017, Москва, Старомонетный пер., 35 Поступила в редакцию 01.04.2014 г.
Для территории бассейна Оби разработана и применена типизация почвенных катен, отражающая разнообразие геохимических условий, приведших к формированию определенных почвенных тел, их комбинаций и полей миграции химических элементов. Проведен анализ почвенно-геохимиче-ского разнообразия катен бассейна реки Обь. На примере четырех наиболее распространенных типов катен тундры и тайги Западной Сибири изучено радиальное и латеральное распределение це-зия-137 глобальных выпадений. В ландшафтах ерников и темнохвойных лесов на глееземах, крио-земах, подбурах, светлоземах и дерновых почвах максимум запаса 137С8 и удельной активности приурочен к верхнему слою почвенного горизонта с зольностью более 30%, тогда как в мохово-тра-вянисто-кустарничковом ярусе зафиксированы низкая активность и запасы 137С8. В ландшафтах ерников и боров на подзолах максимальная удельная активность цезия-137 свойственна мохово-травянисто-кустарничковому ярусу, а максимальные запасы сосредоточены в верхнем слое почвенного горизонта с зольностью более 30%. В болотных ландшафтах в мохово-травянисто-кустарнич-ковом ярусе наблюдается минимальная активность 137С8, и его запасы в почвах снижаются преимущественно экспоненциально с глубиной. Глубина проникновения цезия-137 возрастает в торфяных олиготрофных почвах от северотаежных к среднетаежным ландшафтам с 10—15 до 40 см. Выявлено накопление 137С8 в торфяных олиготрофных почвах при росте величины рН от 3.3 до 4.0 и аккумуляция в конкреционных прослоях мерзлотно-ожелезненных глееземов. Криогенное перемещение может, с одной стороны, приводить к погребению органогенных горизонтов, обогащенных 137С8, а с другой — к снижению удельной активности при смешении с низкоактивным материалом из нижних горизонтов почв.
Б01: 10.7868/80016777015010050
ВВЕДЕНИЕ
Цезий-137 является одним из главных компонентов радиоактивного загрязнения биосферы. Он поступил в окружающую среду в результате ядерных испытаний и радиационных аварий. Его распределение в масштабах всей планеты обусловлено, в первую очередь, глобальными выпадениями из атмосферы (Sources..., 2010). На конец 90-х годов XX века их вклад в радиоцезиевое загрязнение России составлял 58% от суммарных запасов (Судакова и др., 1999).
По данным аэрогаммасъемки 1974 г. (Болт-нева и др., 1977), средний запас 137Cs на территории СССР составлял 3.4 ± 1.2 кБк/м2. В его распределении прослеживалась четкая широтная зональность. Максимум (3.7—6.5 кБк/м2) был характерен для широтного пояса 50°—60° с.ш. В пределах бассейна Оби загрязнение уменьша-
Адрес для переписки: И.Н. Семенков. E-mail: semenkov@igem.ru
1 Статья подготовлена по материалам доклада, представлен-
ного на Третьей молодежной школе ИГЕМ РАН 02— 06.12.2013.
лось до 1.9 кБк/м2 севернее 70° и южнее 45° с.ш. Широтная зональность и локальные отклонения от нее тесно связаны с закономерностями в распределении осадков (Болтнева и др., 1977). Доля сухих выпадений возрастала от северных районов к южным с 25 до 55%. В зоне полупустынь и пустынь резко возрастала удельная интенсивность вымывания аэрозолей с осадками по сравнению с тундровыми и таежными ландшафтами: 35 и 14% соответственно. Прямая связь между годовой суммой осадков и интенсивностью глобальных выпадений цезия-137 при подчиненной роли широтной зональности показана также на примере Швеции (Л1ш§геп а1., 2006) и выявлена при анализе данных наблюдений за период 1954—1976 гг. на 10659 метеостанциях по всему миру (Ракзоп в1а1, 2013).
Первые радиоэкологические исследования показали очень слабую подвижность в почве 137С8 глобальных выпадений в результате его быстрого перехода в связанные формы (Павлоцкая, 1974). В дальнейшем установлено снижение доли подвижного "чернобыльского" цезия-137 за счет необменной сорбции глинистыми минералами
(Алексахин, 2009) и уменьшения вклада "горячих частиц" в его запасы при удалении от источника загрязнения (Sources..., 2010). Миграция 137Cs в почвах главным образом зависит от фракционного состава гумуса, величины рН и содержания илистой фракции (Соботович, 1992; Comans et al., 1998; Щеглов, 2000; Попов, 2006; Коробова и др., 2007).
Большинство российских радиоэкологических исследований миграции цезия-137 выполнены на участках, загрязненных в результате аварий на Чернобыльской АЭС, ПО "Маяк", Сибирского и Горного химических комбинатов (Tikhomirov, Shcheglov, 1994; Schtranberg, 1994; Щеглов, 2000; Linnik et al., 2006; Квасникова и др., 2009; Паниц-кий и др., 2013). В отличие от территорий, загрязненных после аварии на Чернобыльской АЭС, где происходило фракционирование радиоактивных выпадений, глобальным выпадениям свойственно более однородное поступление в ландшафты, поэтому в последнем случае влияние ландшафтно-геохимических условий на поведение цезия-137 более определенно.
Первые почвенно-геохимические и экологические работы в зоне влияния Чернобыльской АЭС проводили на примере катен — сопряженного ряда почв от междуречья к местному базису эрозии (Korobova, Korovaykov, 1990). В дальнейшем подобные исследования выполняли как на примере стабильных, так и радиоактивных загрязнителей (Квасникова и др., 2009; Birch, Mc-Cready, 2009; Zaharescu et al., 2009; Collins et al., 2010; Самонова и др., 2011; Miroshnikov, Semenkov, 2012; Семенков и др., 2013; Семенков, Мирошни-ков, 2014).
Цель наших исследований — анализ латерального и радиального распределения цезия-137 глобальных выпадений в модельных катенах тундровых и таежных ландшафтов Западной Сибири.
КЛАССИФИКАЦИЯ КАТЕН ТАЕЖНЫХ И ТУНДРОВЫХ ЛАНДШАФТОВ БАССЕЙНА ОБИ
Для выбора модельных объектов исследования изучено геохимическое разнообразие почвенных катен таежных и тундровых ландшафтов бассейна Оби и составлена их типизация по методикам, апробированным ранее на Европейской территории России (Урусевская, 1990; Богданова, 2004). По аналогии с работой М.Д. Богдановой (Богданова, 2004), определены полные сопряжения с максимально возможным почвенным разнообразием в пределах одного ряда. Катены объединяли в один таксон на основе близости геохимических условий слагающих их почв. Например, серые и дерново-подзолистые почвы со схожими условиями радиальной миграции объединены как текстурно-дифференцированные.
Разработанная типизация катен основана на геохимических свойствах почв и отражает не столько катенарное разнообразие определенной территории, сколько разнообразие геохимических условий, приведших к формированию определенных почвенных тел, их комбинаций и полей миграции химических элементов, в том числе и цезия-137 (таблица).
Особенностью территории бассейна Оби является формирование на плоской, слабо расчлененной поверхности, сложенной морскими или озер-но-аллювиальными отложениями различного возраста преимущественно легкого гранулометрического состава. Геологические и климатические условия территории предопределили развитие склонных к заболачиванию почв с кислой реакцией среды, обедненных основаниями (Караваева, 1982).
Группы слабоконтрастных, контрастных и очень контрастных катен выделены по смене окислительно-восстановительных условий в ка-тене, а подгруппы — по окислительно-восстановительной обстановке верхних горизонтов почв, что в общих чертах соответствует более ранним классификациям катен (Касимов и др., 1989). В пределах каждой подгруппы выделено 2—4 типа по условиям дренажа, степени заболоченности и гидроморфизму почв. Представленную типизацию можно детализировать, рассмотрев почвы более низких таксономических уровней при дробном делении классов ландшафтов. В реальных условиях могут встречаться укороченные ряды при отсутствии крайних или средних членов сопряжения, что позволяет рассматривать их в качестве менее контрастных катен в сравнении с полным сопряжением.
В слабоконтрастных катенах окислительно -восстановительная обстановка однородна в верхней части почвенного профиля и отсутствуют геохимические барьеры, поэтому латеральное распределение химических элементов равномерно. Вследствие интенсивного заболачивания таежных ландшафтов Западной Сибири (Караваева, 1982) слабоконтрастные катены кислого глее-вого класса широко представлены в бассейне Оби, а слабоконтрастные катены кислого кислородного класса менее распространены.
Катены со сменой окислительных условий в почвах автономных ландшафтов на восстановительные в подчиненных отнесены к контрастным, т.к. в их нижних звеньях образуется восстановительный барьер и, в отличие от слабоконтрастных катен кислого кислородного класса, формируются не глеевые роды почв, а типы торфяных и глееземов. В таких катенах отмечается контрастное латеральное распределение элементов, чувствительных к изменению окислительно-восстановительных условий. Содержание же
Типизация катен нечерноземной зоны бассейна реки Обь
Группы ОВУ Подгруппы Типы Шифр катен Ландшафтная зона Почвы основных ландшафтов: Э ТЭ ТЭА Условия дренажа междуречья Гидроморфизм почв междуречья Заболачивание Площадь в пределах бассейна Оби, тыс. км2
Слабоконтрастные о=>о Н-1кислородного кислого класса 1 с повышенной радиальной миграцией на всем протяжении Н-1 1 ЛТУ, ТА, ПТА Понж-Понжг-Поиг -- -- 85-95
2 со слаборазвитыми почвами Н-1 2 ТА, ПТА д-д-д + - - 2-6
в=>в Н-П глеевого кислого класса 3 радиально текстурно-диффе-ренцированые, заболачивающиеся на междуречье и в подчиненных ландшафтах H-II 3-Г ТУ, ЛТУ, ТА, ПТА г тдг т + ■ ■ 60-130
4 заболоченные H-II 4-Г ТУ, ЛТУ, ТА Т-Т-Т -- 700-870
Контрастные о=>в С-Ш кислого класса с кислородной обстановкой в автономных ландшафтах и гле-евой в подчиненных 1 с повышенной радиальной миграцией заболачивающиеся C-III 1-Г ЛТУ, ТА, ПТА По1Ж-Поиг-Т 190-320
3 радиально-текстурно-диффе-ренцированые C-III 3-г ТА, ПТА ТД тдг Г + — 110-150
4 заболачивающиеся C-III 3-Г ТУ, ТА рох_Y_J — + 250-260
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.