Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Геоэкологические основы организации регионального мониторинга радона для обеспечения безопасности населения

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Геоэкологические основы организации регионального мониторинга радона для обеспечения безопасности населения"

На правах рукописи УДК 55/.

Никифоров Даниил Владимирович

ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОРГАНИЗАЦИИ РЕГИОНАЛЬНОГО МОНИТОРИНГА РАДОНА ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ

НАСЕЛЕНИЯ

Специальность: 25.00.36 — Геоэкология (науки о Земле )

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

005061478

Санкт-Петербург 2013

005061478

Работа выполнена на кафедре физической географии федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Воронежский государственный педагогический университет»

Научный руководитель: кандидат географических наук, доцент кафедры

физической географии Воронежского государственного педагогического университета Межова Лидия Александровна

Официальные оппоненты: доктор географических наук, профессор кафедры

страноведения и международного туризма факультета географии и геоэкологии Санкт-Петербургского государственного университета Григорьев Алексей Алексеевич

кандидат географических наук, доцент кафедры физической географии и природопользования, декан факультета географии Российского государственного педагогического университета им. А. И. Герцена Мосим Виктор Георгиевич

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО Воронежский государственный

университет

Защита состоится » ¿¿Уу/Г-Л"_2013 года —^часов на заседании Совета

Д 212.199.26 по защите докторских и кандидатских диссертаций при Российском государственном педагогическом университете им. А.И. Герцена по адресу: 191186, г. Санкт-Петербург, наб. р. Мойки, д. 48, корп. 12, ауд. 7/

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена по адресу 191186, г. Санкт-Петербург, наб. р. Мойки, д. 48, корп. 5.

Автореферат разослан «Р» (и'К/ -Л2013 года.

Ученый секретарь диссертационного совета,

И.П. Махова

I ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований: В 80-е годы XX века особую актуальность приобрела проблема канцерогенного воздействия высоких доз ионизирующего облучения на людей в повседневной жизни за счет радона и продуктов его распада. Всемирной организацией здравоохранения радон был признан второй по значимости после табакокурения причиной возникновения рака легкого. В большинстве развитых странах мира, в том числе и в России, на государственном уровне приняты национальные программы по изучению и снижению вредного воздействия радона на здоровье людей. В РФ программа «Радон» принята в 1994 году. На региональном уровне анализ имеющихся материалов радоноопасности, связанной с природными и техногенными факторами, воздействующими на человека, является сложной и недостаточно изученной проблемой. До настоящего времени отсутствует научно-обоснованные принципы, приоритеты и механизмы учета факторов влияния радоноопасности в системе комплексного экологического мониторинга. Выявление закономерностей миграции радона в компонентах природно-антропогенной среды и оценка экологических последствий для населения представляет в настоящее время научно-методологический интерес. Актуальность научных и методических исследований проблемы радоноопасности обусловлена необходимостью прогноза и моделирования миграции радона в системе «человек-окружающая среда».

Цель работы заключается в разработке методики комплексной оценки радоноопасности территорий и совершенствовании регионального ГИС-мониторинга радона. В соответствии с поставленной целью были определены следующие задачи:

- изучить теоретические и методологические подходы оценки радоноопасности территорий на разных иерархических уровнях;

- определить радоноопасность территории на основе учета геотектонического строения региона;

- разработать алгоритм ГИС-контроля степени радоноопасности региональных геосистем для обеспечения безопасности населения;

- усовершенствовать методику измерения концентрации радона в природных водах для организации долговременного мониторинга;

- обосновать рекомендации по снижению уровня радоноопасности территории Воронежской области для оптимизации геоэкологической ситуации.

Объект исследования: Содержание радона в компонентах окружающей среды региональной геосистемы.

Предмет исследования: Пространственно-временные особенности мониторинга радоноопасности в системе «человек — окружающая среда».

Материалы и методика исследования.

Теоретической и методологической основой работы являются результаты и методы исследований отечественных и зарубежных специалистов в области географии, геологии, геоэкологии. Изучением поведения радона в природной и антропогенной среде занимались российские ученые: Уломов В.И., Мавашев Б.З., Гудзенко В.В., Дубинчук В.Т. Булашевич Ю.П., Жуковский В.И., Ярмошенко И.В. Методические и статистические результаты исследований в зарубежных странах были изучены по работам: Nazaroff, W.W., Nero, A.V., Dubois G., Barnet I., Neznal M. В анализе данных по Воронежской области были использованы труды: Милькова Ф. Н., Смирновой А. Я., Трегуба А.И., Куролапа С.А., Мамчика Н.П. В основу диссертации легли результаты исследований, проведенные автором в Воронежской области, а также материалы Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, Федеральной Службы по надзору в сфере природопользования, Федерального государственного унитарного научно-производственного предприятия «Аэрогеология», Межрегионального центра по геологической картографии Министерства природных ресурсов и экологии Российской Федерации, Федерального государственного унитарного геологического предприятия «Воронежгеология». Материалом для диссертационной работы послужили данные, полученные в ходе лабораторных экспериментов и полевых работ на территории Воронежской области. Анализ статистических закономерностей пространственного распределения радона проводился на основе научных публикаций и по результатам полевых исследований радоноопасности на региональном уровне.

Научная новизна:

- разработаны на основе комплексной оценки радоноопасности территории основные положения ГИС-мониторинга и определена методика оценки геоэкологического состояния территории;

- построены картографические модели, дающие возможность выявления радоноопасных участков градостроительными и природоохранными организациями;

- на основе статистического ряда установлены закономерности распределения радона на региональном уровне, используемые для прогнозных оценок радоноопасности территорий.

Основные положения выносимые на защиту:

- методика организации комплексного геоэкологического мониторинга радоноопасности региона для выявления дискомфортных условий проживания населения;

- результаты геоэкологической оценки радоноопасности геотектонической среды Воронежской области для выявления негативных процессов и построения картографических моделей используемых для оптимизации окружающей среды региона и решения задач его устойчивого развития;

- результаты экспериментальной проверки использования радона как трассера природных процессов при региональных геоэкологических исследованиях в природных водах.

Теоретическое значение диссертационного исследования заключается в уточнении особенностей организации регионального геоэкологического мониторинга радона для обеспечения безопасности жизнедеятельности населения и в дальнейшей разработке теоретических и методологических основ мониторинга и управления организацией радонобезопасности урбанизированных и селитебных геосистем.

Практическое значение работы. Полученная в ходе диссертационного исследования информация применяется в разработки нормативной природоохранной региональной документации по радоноопасности территорий и внедрены Росприроднадзором по Воронежской области для разработки региональных схем развития (акт о внедрении от 05.02.2013). Результаты исследований легли в основу практических рекомендаций для муниципальных районов Воронежской области при формировании региональных стратегий обеспечения радонобезопасности населения (акт о внедрении от 11.12.2012).

Материалы использованы в учебном процессе Воронежского государственного педагогического университета при разработке рабочих программ и лекционных курсов по дисциплинам: «Системный подход в географии», «Методы геоэкологических исследований», что документально подтверждено актами внедрения (справка о внедрении от 28.02.2013).

Предложены основные направления оптимизации региональных урбосистем и селитебных территорий с учетом оценки их радоноопасности.

Усовершенствован прибор для определения концентрации радона в природных водах для прогноза геолого-географических процессов в зонах техногенеза. Длительный мониторинг радона в природных водах и источниках водоснабжения позволяет получить дополнительные источники информации в геоэкологических исследованиях таких направлений как: исследование сейсмических процессов; уточнение водного баланса территорий за счет измерений субаквальной разгрузки грунтовых вод с использованием радона как трассирующего агента; контроль содержания радона в источниках водоснабжения индивидуального пользования.

Апробация работы: Результаты работ по теме исследования докладывались и обсуждались автором: на IV Международной конференции «Новые идеи в науках о Земле» (Москва, 1999), международном симпозиуме «PACON99» (Москва, 1999), Groundwater Contribution to Central Asia Lakes Water Supplies and Water Quality, E.A.Kontar, A.Yu.Tkachev & D.V.Nikiforov I.S.Zektser, Yu.L.Obyedkov, L.I.Elpiner & A.Ye.Shapovalov, 4th International Conférence on Hydro-Science and-Engineering (Séoul, Korea, 2000); научно-практической конференции «Региональные проблемы геоэкологической безопасности природных и антропогенных объектов»

(Воронеж, 2008); научно-практической конференции «Герценовские чтения» (С.-Петербург, 2012).

Личный вклад автора заключается в формировании темы, цели, задач и выводов исследования; сборе, обработки и анализа материалов «Роспотребнадзора», «Росприроднадзора», «Воронежгеология» и «Аэрогеология»; в организации, проведении полевых исследований на территории Воронежской области и анализе их результатов. Автором определен алгоритм организации мониторинга радона на региональном уровне. Составлены картосхемы зон вероятной радоноопасности на территории Воронежской области. Усовершенствован механизм проведения мониторинга концентрации радона в воде.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 работ (в том числе 3 в рецензируемых журналах, включенных в перечень ВАК РФ).

Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы (118 наименований, из них на иностранном языке 62). Объем рукописи - 157 страниц, в том числе 59 рисунков и 23 таблицы.

II ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность и определена цель научного исследования, намечены задачи, установлены объект и предмет исследования, показаны научная новизна, практическая значимость результатов исследования, сформулированы положения выносимые на защиту.

В первой главе — «Теоретические и методологические подходы к изучению радона в геоэкологических исследованиях» раскрыты современные представления о радоноопасности; определено современное состояние изученности научной проблемы.

Благодаря своим химическим, физическим и радиоактивным свойствам радон является уникальным естественным трассером различных процессов, происходящих в природе. Во-первых, образование радона происходит с постоянной скоростью, зависящей только от содержания радия в материнской породе, и подчиняется закону радиоактивного распада. Во-вторых, являясь химически инертным элементом, радон не вступает в химические реакции в естественных условиях. То есть, набор факторов, определяющих транспортировку радона ограничен только физическими процессами. В-третьих, радиоактивные свойства и отсутствие химических связей существенно упрощают задачу по определению содержания радона в среде. В-четвертых, сравнительно короткое время жизни (период полураспада 3,8 дня) позволяет получить дополнительный источник данных для понимания динамики исследуемых процессов и получать скорости продвижения потоков вещества. Все вышеперечисленное позволяет использовать радон в изучении атмосферы, гидросферы и литосферы Земли. Современный арсенал средств измерения

концентрации радона основан на регистрации альфа или гамма излучения, индуцированного в процессе распада радона или его дочерних продуктов. Существуют приборы для моментальных и интегральных измерений, а так же мониторы содержания радона в воздухе. Необходимо отметить, что пока не создано эффективных приборов, позволяющих проводить мониторинг содержания радона в природных водах.

Следует отметить два основных аспекта современных исследований родоноопасности - это изучение характеристик геологического пространства и радонозащитных свойств зданий, но вместе с тем механизмы миграции радона в ненарушенных грунтах и пути его поступления во внутреннее пространство зданий определены. Закономерности миграционных процессов выявлены в работах российских и зарубежных ученых: Уткина В.И., Бердникова П.В., Юркова А.К., Козловой И.А, Маренного A.M., Kemski J., Klingcl R., Miles, J.C.H. и др. Недостаточно определены закономерности возникновения радоновых аномалий в местах нарушения сплошности залегания горных пород, а также режимы их функционирования. В этой связи, остаются не разработанными методические подходы организации комплексного регионального мониторинга радона и типизации территорий по степени их радоноопасности.

Во второй главе «Методика исследования степени радоноопасности территории для оценки условий жизнедеятельности населения» выявлены статистически значимые параметры распределения радона на региональном уровне и определена методика организации комплексного геоэкологического мониторинга радоноопасности.

В настоящее время мониторинг радона в России осуществляют Центры гигиены и эпидемиологии, являющиеся подразделениями Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (Роспотребнадзор). Используемая методика измерений имеет ряд недостатков: при составлении выборок в системе регионального мониторинга не учитывается характеристика геотектонического пространства; не полностью оцениваются конструкции зданий, особенно наличие подвальных помещений; не выявляются закономерности распределения радона в компонентах окружающей среды; не определяется вклад источников водоснабжения в радоновый баланс жилого фонда.

В этой связи предлагается алгоритм изучения радоноопасности региона, который состоит из нескольких этапов (Рис. 1).

Первым этапом работ по обследованию регионов на радоноопасность является получение оценочной характеристики распределений зданий по уровню радона. Наиболее важным критерием, определяющим качество информации получаемой на этом этапе, является величина первичной информации. Данный этап базируется на обработке геохимической, радиологической, инженерно-геологической, тектонической и санитарно-гигиенической информации. Результатами оценки

Рис. 1. Алгоритм мониторинга региона на радоноопасность

радоноопасности региона являются параметры логнормального распределения радона на территории и количество зданий с превышением контрольных уровней концентрации радона (Рис. 2).

I этап региональных работ

Оценка радоноопасности региона:

Параметр масштаба (ц) логнормального распределения рассчитывается исходя из имеющихся данных по содержанию радона в домах региона и таких показателей как: уровень гамма-фона, содержание Ка и/или и в верхнем слое почвы, концентрация радона в почвенном воздухе, ППР из грунта.

В качестве значения параметра формы (о) логнормального распределения принимается математическое ожидание этой величины, полученное исходя из эмпирических данных распределения строений с различной концентрацией радона в 26 странах мира

Рассчитывается прогнозное количество зданий с превышением значимых уровней радона по региону (200-400 Бк/м3 ;>400 Бк/м3) Вносится поправка в области значений ОА радона выше 400 Бк/м3

Рис. 2. Этап оценки радоноопасности региона

Второй этап работ предусматривает ранжирование территории по степени радоноопасности участков и выявлению тектонических, радиационных, геохимических аномалий. Исходная информация по степени радоноопасности территорий позволяет разрабатывать систему первоочередных мер по защите

населения от облучения радоном. Зоны повышенного риска для населения региона выделяются на основе карт тектонических нарушений, радиационных аномалий и участков повышенного содержания элементов уранового ряда в верхнем слое пород. Наложение карт селитебных территорий и зон повышенного риска позволяет выделить участки с различными уровнями радоноопасности (Рис. 3). Территории, которые находятся на пересечении опасных зон выделяются в отдельный кластер. Рассчитывается число жилых построек, находящихся в потенциально-опасных местах. Второй и третий этап базируются на анализе тектонических и геологических

II и III этапы региональных работ

Анализ геологической информации:

II этап

1

III этап

1

Карта тектонических нарушений и радиационных аномалий

Карта радонового потенциала верхней толщи пород

Дочетвертичные образования

"У

Рис. 3. Картосхемы выделения зон влияния тектонических разломов и деление территории региона на ареалы распространения верхнего слоя горных пород

различного генезиса

данных региона с использованием геоинформационных систем. Третий этап предусматривает анализ распределения верхнего слоя пород по степени эсхаляции радона. Величина коэффициента эсхаляции породы зависит от трех основных факторов: содержания радия, пористости и воздухопроницаемости. Деление территории на отдельные сегменты производится на основании различий гранулометрических составов и геохимических свойств грунтов. Для проведения этого этапа используются геологические карты пород выходящих на дневную поверхность, в которых измеряются: плотность потока радона из грунта; концентрация радона в грунтовом воздухе; воздухопроницаемость грунта. На основе наложения информации строятся карты степени радоноопасности грунтов. Результаты анализа должны быть подтверждены экспериментальными замерами свойств грунтов в каждом из кластеров. На четвертом этапе проводится статистический анализ результатов измерений концентрации радона в воздухе жилых помещений для типизации конструкций зданий по уровню радонозащищенности. Алгоритм деления зданий на кластеры для достижении соответствия прикладных измерений логнормальному закону базируется на методике Нашоп, ТоЛ и др. 2006г. Четвертый этап кластеризации проводится по данным проведенных измерений в домах и на основе анализа имеющихся в наличии баз данных жилого фонда. Результаты третьего и четвертого этапов позволяют разделить исследуемые показатели на кластеры. На пятом этапе создаются схемы радоноопасности региона которые строятся на основе совмещения картографической информации и экспериментальных измерений. Определяется набор кластеров, каждый из которых характеризуется пространственными границами, свойствами зданий и параметрами логнормального распределения радона. Представленный алгоритм мониторинга радона позволяет интегрировать разнородную информацию и предусматривает возрастания точности математической модели распределения радона с учетом дополнительных данных.

На основе статистического анализа результатов измерений по России и зарубежным странам разработан алгоритм оценки радоноопасности территории. Он базируется на представлении о том, что распределение радона в зданиях близко к логнормальному виду. Для оценки параметра масштаба (ц) распределения необходимо использовать усредненную величину, полученную на основании статистической информации концентрации радона в жилом фонде исследуемого региона, средней величине гамма-фона, содержании радона в почвенном воздухе, плотности потока радона из грунтов, содержании радия или урана в почве.

На основе статистической информации измерений радона в России и ряде европейских стран, были получены эмпирические зависимости показателей радоноопасности грунтов (Таблица 1). Рассчитаны корреляционные зависимости усредненных показателей измерений в зданиях, представленные в таблице 2.

Полученные зависимости использовались нами в прогнозной оценке радоноопасности территории Воронежской области.

Таблица 1- Эмпирические соотношения прогнозных показателей радоноопасности грунта

Зависимые величины Зависимость Источник

- Плотность потока радона, мБк/(м2с), (ППР) - ОА радона в почвенном воздухе, кБк/м3, (ОАпочв) ППР=1,223 х ОАпочв Россия, Бердников и др., 2008.

- ОА радона в почвенном воздухе, кБк/м3, (ОАПОЧв) - Среднегодовая ОА радона в домах, Бк/м3, (ОАвнутр) ОАвнутр =4,9769хОАлоч, +35,473 Чехия, Barnet и др., 2010

ОАвнутр =0,9771хОА„очв +20,5 Германия, Barnet и др., 2006.

ОАвнуТр =6,559хОАпочв -75,825 Хорватия, Radolic и др. 2006.

ОАвнугр ~6,1555><ОАпочв -2,9925 Испания, Quindos и др., 2008.

ОАвнутр =0,2786хОАпочв +35,429 Германия, Kemski и др., 2009.

- Плотность потока радона, Бк/(м2ч), (x) - у-фон территории, нЗв/ч, (Г) Х=0,89х у-0,11 Германия, Швейцария, Szegvary и др., 2007.

■ 1 1 —I—*• — —" *. »»V

значение параметра формы (а) распределения в них находится в узком интервале. В качестве значения этого параметра на этапе оценочных работ исследования региона можно использовать его математическое ожидание.

Таблица 2 - Корреляционные зависимости объемной активности (ОА) радона в зданиях с косвенными прогнозными данными

Косвенные показатели (AM) Среднее арифметическое OA Rn в зданиях, Бк/м3 (GM) Среднее геометрическое OA Rn в зданиях, Бк/м3

у-фон территории нЗв/ч, (у) AM а 0,766ху - 6,9592 GM ~ 0,5004ху - 4,5458

ППР из грунта, (мБк/м2с) AM = 3,0984хППР + 2,5169 GM = 2,0239хППР + 1,6441

отклонений, полученных из выборок на уровне стран, можно сделать вывод, что его значение варьируется в небольших пределах, а распределение его логарифма близко к нормальному закону. Нами был сделан статистический анализ результатов измерений, выполненных в рамках национальных радоновых программ 26 стран мира (Рис. 4). В результате получено значение «т=1п(080)=0,820231769, которое в дальнейшем использовалось в определении степени радоноопасности Воронежской области.

1|1(030)

1п(03Р): = 0,974770 472; р= 0,7483; N = 26, Среднее = 0,82 02317 63, ЗИЕ>- = 0,151 04581 9,

Макс= 1,1 631508 1; Мин= 0,47 00036 29; 0,1 265264 47; р « п, Э , Лиллиефорса-р < 1

СвР - стандартное геометрическое отклонение

Рис. 4. Гистограмма частот параметра формы (<т) по результатам измерений

в 26 странах

Экспериментальные данные имеют тенденцию отклонятся от теоретического распределения в областях самых низких и самых высоких значений. Отклонения в области низких значений объясняются превалированием в этом интервале таких параметров как концентрация радона во внешнем воздухе на данной территории, эсхаляция 11п из строительных материалов, а так же низкая чувствительность средств измерений в областях, близких к нижнему порогу рабочего диапазона. В области высоких значений, отклонения от предполагаемого распределения обусловлены нахождением зданий в местах «радоновых аномалий» различного генезиса. Поэтому, после определения параметров распределения на всей исследуемой территории необходимо произвести корректировку для области высоких значений. Для определения параметров корректировки проанализировали расчетные и полученные в результате измерений значения распределений в диапазонах объемной активности радона 200-400Бк/м3 и более 400Бк/м3 (Рис. 5). В области 200-400Бк/м3 не выявлено закономерностей отклонения реальных измерений от теоретического тренда. В области значений более 400Бк/м3 наблюдается статистически значимое увеличение разницы между расчетными и «измеренными» значениями с ростом средней величины концентрации радона в зданиях. Необходимо отметить, что в регионах с небольшой средней концентрацией радона 20-23 Бк/мЗ рассмотренный эффект близок к нулю.

Усовершенствованная комплексная методика проведения мониторинга радона позволяет: повысить эффективность геоэкологических исследований по выявлению территорий радонового риска, обусловленного зонами влияния тектонических разломов; разрабатывать прогнозные математические модели радоноопасности региона на основе минимального количества данных. Предлагаемый подход позволяет усовершенствовать систему регионального мониторинга радона.

3,0

2,5

2,0

8е.

I 1,5

ф

т.

X

Ш

| 1.0

О

0.5

0.0 -0,5

0 20 40 60 80 100 120 140

AM (Bq/m3)

Рис. 5. Отклонение результатов измерений радона от логнормального распределения в области высоких содержаний

В третьей главе «Комплексная оценка радоноопасности территории Воронежской области» проведена геоэкологическая оценка радоноопасности геосистем Воронежской области. Материалом для определения параметров логнормального распределения послужили данные обследований, выполненные органами «Роспотребнадзора» и результаты полевых исследований автора.

Измерения плотности потока радона (ППР) из грунтов выполнялись с помощью прибора РРА-01М и пробоотборного устройства методом «закрытой камеры». Результаты измерений представлены в таблице 3. Общее количество проведенных замеров - 512. Средневзвешенное значение плотности потока радона (с учетом доли территории, занимаемой каждым из видов отложений) составляет 8,22 мБк/м с. Значение среднего геометрического содержание радона в зданиях, соответствующее этой величине - 28 Бк/мЗ. Среднее геометрическое значение объемной активности радона в строениях Воронежской области по результатам измерений Роспотребнадзора в 2009 г составляет 25,85748 Бк/м3. Средняя величина гамма-фона в

Диаграмма рассеяния Отклонение,^.% = 0,226-0,012*х+0*хА2

Sweden

Luxembourg •

/Finland У •

Croatia • Slovenia •

Italv/

Net г 1 a пН>.- —-United Kingdom в? Ф la _J5rtriuIa n i a —— • Ireland • Spai n

Таблица 3 - Результаты измерений ППР из различных типов грунтов на территории Воронежской области

Количество измерений Среднее арифметическое, мБк/м2с Диапазон значений, мБк/м2с Стандартное отклонение Доля площади тер. области, занимаемая видом отложений, %

Субаэральные образования, делювиальные отложения склонов и аллювиально-делювиальные

выполнения древних балок, нижние звено неоплейстоцена (суглинки с горизонтами погребенных

почв 3-6 м), верхнее звено неоплейстоцена (суглинки с горизонтами погребенных почв 1-5 м)

160 8,1 4-47 7,5 54

Аллювиальные отложения голоцена (пески, суглинки, до 20 м), аллювиальные отложения

надпойменных террас верхнего и среднего звена неоплейстоцена (пески, суглинки, глины.

Обычно до 25 м).

128 5,8 2-42 7,4 33

Делювиальные отложениями склонов и аллювиально-делювиальные выполнения древних балок

(Суглинки. До 25 м)

80 13,4 6-21 5,8 6

Субаэральные образования городской серии (Суглинки с горизонтами погребенных почв, иногда

песков и глин. До м.)

80 16,7 5-56 13,2 6

Дочегвертичные отложения

64 10,1 6-16 3,5 1

области - около 90 нЗв/ч (10 мкР/ч). Значение среднего геометрического концентрации радона в зданиях при таком гамма-фоне составляет около 40,5 Бк/м3. Значение среднего геометрического содержания радона в зданиях, рассчитанное как усредненный показатель по гамма-фону, данным по плотности потока радона (ППР), данным измерений объемной активности (ОА) в жилых домах, составляет 31,5 Бк/мЗ. То есть параметр масштаба (ц) распределения радона в зданиях области равен 3,434. В качестве параметра формы (о) логнормального распределения радона в зданиях использовали значение, полученное по выборке 26 стран мира а =0,820231769. Результаты расчетов приведены в таблице 4. В связи с тем, что значение среднего Таблица 4 - Результаты расчетов радоноопасности Воронежской области

Доля жилых помещений Воронежской области, превышающих контролируемые уровни

Уровень ОА радона, Бк/мЗ а=0,82 Мт с=0,47 Мах о=1.16

>400 0,08% 0,00% 1,27%

200-400 0,95% 0,00% 3,81%

арифметического в исследуемом регионе менее 40, корректировка распределения в области высоких концентраций не требуется.

Выявлено, что Воронежская область относится к радонобезопасным регионам. Расчетное число жилых помещений с превышением допустимого уровня

эквивалентной равновесной объемной активности (ЭРОА) радона составляет около 0,1%.

На основе анализа геотектонической информации выявлены территории повышенного радонового риска приуроченные к зонам влияния тектонических разломов (Рис. 6). Наибольшая плотность зон влияния тектонических разломов наблюдается вдоль долин рек Дона и Хопра. Наиболее крупные участки повышенной плотности тектонических нарушений находятся в Лискинском, Острогожском, Хохольском, Павловском Новохоперском, Грибановском районах. Тектонические нарушения повышают степень радоноопасности, которую необходимо учитывать при планировании строительства объектов промышленного и гражданского назначения. Наряду с плотностью, определена длина разломов, пересекающих селитебные территории (Рис. 7). На основании этих значений рассчитано количество домов индивидуальной жилой застройки, которые находятся в местах вероятных локализаций радоновых аномалий. Это позволяет определять строения с повышенным содержанием радона. Следует отметить, что наибольшая длина участков пересечения тектоническими разломами селитебных территорий наблюдается в Лискинском и Павловском районах.

Для оценки геоэкологической ситуации в Воронежской области и комфортности проживания населения индикатором были выбраны онкологические заболевания. Проведен анализ заболеваемости раком легкого и другими формами злокачественных новообразований (ЗНО) на территории Воронежской области (По данным: Чевардова Н.И. и др. 2005 и Куролапа С.А. 2008). По заболеваемости раком легкого, наиболее

Рис. 6. Картосхема геоэкологического риска радоноопасности территории Воронежской области с учетом плотности залегания тектонических разломов

Рис. 7. Картосхема длин тектонических разломов пересекающих селитебные территории Воронежской области и расчетное число домов, находящихся в зонах их влияния

сложная ситуация сложилась на севере, северо-западе и северо-востоке области. Путем наложения карт длин

тектонических разломов

пересекающих селитебные

территории и показателей заболеваемости раком легкого была проведена дифференциация районов Воронежской области по степени дискомфортности

условий проживания (Рис.8).

Наиболее неблагоприятная ситуация характерна для Семилукского, Нижнедивицкого и Хохольского районов. На северо-западе области характерны высокие показатели как заболеваемости так и высокой плотности тектонических разло дискомфортности можно отнести районы расположенные на севере области и долине реки Дон. Южная и Юго-Восточная часть области относятся к наиболее благоприятным территориям по условиям жизнедеятельности населения.

Таким образом, изучение радоноопасности Воронежской области определило зоны геоэкологического риска для проживания населения, которые приурочены к линии Хоперского тектонического разлома и долины реки Дон. Кроме того, неглубокое залегание докембрийского фундамента в Подонье и выход его на поверхность также усиливает радоноопасность территории. У города Лиски находится месторождение радоновых вод, на базе которого создан курорт по лечению различных видов заболеваний. В этой связи, наряду с негативным влиянием радона, можно отметить и его позитивную роль. В настоящее время долговременные измерения содержания радона в воде приобретают наибольшую значимость, так как отсутствует информации о содержании радона в индивидуальных источниках водопользования. Для проведения мониторинга радона в воде необходима модернизация радиометров.

В четвертой главе «Рекомендации к организации мониторинга радона в природных водах» представлены основные результаты тестирования полимерных мембран как основного элемента блока пассивного извлечения радона из воды при организации долговременного мониторинга.

Рис. 8. Геоэкологическое районирование территории Воронежской области по интегральным показателям вероятного экологического риска

К территориям с умеренной степенью

Среди недостаточно разработанных геоэкологических методов изучения территорий можно отметить проведение мониторинга концентрации радона в воде. Сложность заключается в том, что большинство средств измерения предполагает перевод радона в воздушную фазу. Это обстоятельство обуславливает необходимость присутствия оператора при каждом замере. В тоже время, приборы способные проводить исследования непосредственно в воде, такие как гамма-спектрометры на основе детекторов из сверхчистого германия не могут работать в автономном режиме длительное время. Нами

проведены эксперименты на базе Лискинского

месторождения радоновых вод, в ходе которых исследовались возможности использования блока

пассивного извлечения радона из воды, для выполнения замера

концентрации в ней радона. Основным элементом такой конструкции являются

полимерные мембраны с селективной

проницаемостью. В первой серии экспериментов

проверялась способность трех типов гидрофобных мембран пропускать радон, растворенный в воде в фоновых концентрациях, в воздушную камеру.

Результаты экспериментов показали, что все типы испытанных мембран были проницаемы для радона, но скорость его поступления была различной (Рис. 9, Рис. 10).

Вторая серия

экспериментов проводилась для определения

Мембрана диффузионная МДК-2

18

| 16 Я

Г 14 к

I 12

Я 4

3:00 4:00

Врамя, ч.

Рис. 9. Тестирование диффузионной мембраны на проницаемость радоном

Поровая мембрана МФФК, размер пор 0,1мкм.

0:00 0:20 0:40 1:00 1:20 1:40 2:00 2:20 2.40 3.00 3:20 3:40 4:00 4:20 Время, ч.

Рис. 10. Тестирование поровой мембраны на проницаемость радоном

экспрессности измерений, проводимых прибором, оснащенным пассивным блоком извлечения радона.

Для этого определили время | установления равновесного |

состояния

В ^ зооо

экспериментальной

установке между воздушной и водяной системами. В результате экспериментов определено, что время установления равновесия в системе не превышает 4,5 часов для всех типов мембран (Рис. 11). Таким

Рис. 11. Определение времени достижение равновесного состояния концентрации радона с разными типами мембран

о

0:00 0:30 1:00 1:30

Время, ч

Диффузионная мембрана МДК-2 Поровая мембрана МФФК-1

2:30 3:00 3:30 4:00 4:30 5:00

образом, количество измерений, которые способен осуществлять прибор, по характеристикам близким к экспериментальной установке составляет не менее 5 раз в сутки, что позволяет определить суточные колебания радона в воде. На основе тестирований определено, что наиболее подходящим типом мембран для создания блока пассивного извлечения радона из воды является диффузионная мембрана

Предлагаемое устройство можно использовать для определение корреляционных зависимостей поведения поля концентрации радона в грунтовых водах с напряженно-деформационными процессами в земной коре для мониторинга сейсмоактивных зон и снижения сейсмического риска. Мониторинг радона в воде даст возможность совершенствовать гидрогеологические модели регионов за счет уточнения объема и динамики субаквальной разгрузки грунтовых вод с использованием радона как трассирующего агента.

В заключении приведены основные выводы и рекомендации полученные в результате проведенных исследований.

1. Комплексный геоэкологический мониторинг радоноопасности территории следует рассматривать как основной методологический подход в изучении характера территориального распределения радона. При комплексном мониторинге радона необходимо учитывать природный фон, геотектоническое строение региона, конструкцию зданий и показатели онкологической заболеваемости, как основные элементы влияющие на условия жизнедеятельности населения.

2. Геотектоническая типология размещения селитебных территорий позволяет выделить 3 основных зоны по степени геоэкологического риска.

МДК-2.

3. Разработан механизм ГИС-контроля радоноопасности территорий, который в сочетании с картографическими моделями позволяет оперативно определить степень дискомфортности проживания населения. Созданная база геоэкологических данных радоноопасности Воронежской области может служить основой для совершенствования мониторинга радона.

4. Экспериментально подтверждена возможность усовершенствования инструментальной базы для организации длительного мониторинга содержания радона в воде

5. Рекомендации по оптимизации радонобезопасности Воронежской области разработаны с учетом региональных геотектонических особенностей.

На региональном уровне необходимо проведение целевых исследований в зонах риска, обусловленных влиянием тектонических разломов. Для комплексной оценка территории на радоноопасность необходима организация регионального банка данных.

При изучении рисков возникновения онкологических заболеваний важно учитывать отклонения от усредненных соотношений нозологических форм для выявления факторов, влияющих на заболеваемость раком легкого. В системе мониторинга радона должна быть включена информация о динамике концентрации радона в источниках водоснабжения как интегрального показателя геодинамических процессов региона.

В зонах повышенного риска радоноопасности необходима организация длительного мониторинга на селитебных территориях.

Повысить экологическую грамотность населения для обеспечения радоновой безопасности.

Предлагаемый методологический подход можно использоваться при организации регионального мониторинга в различных регионах России.

III СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1. Никифоров, Д.В. Преимущества радона как трассера природных процессов при геоэкологических исследованиях [Текст]/

Д.В. Никифоров, Л.А. Межова // Естественные и технические науки.— 2009. - № 6. - С. 434-436. 0,2/0,1 п.л.

2. Никифоров, Д.В. Геоэкологическая оценка радоноопасности территории Воронежской области [Текст]/ Д.В. Никифоров, Л.А. Межова // Проблемы региональной экологии — 2012. — № 3. — С. 54-57. 0,2/0,1 п.л.

3. Никифоров, Д.В. Полимерные мембраны для мониторинга радона в природных водах и источниках водоснабжения [Текст]/ Д.В. Никифоров, Л.А. Межова // Естественные и технические науки. — 2013. — № 2. — С. 377280. 0,4/0,2 п.л.

4. Никифоров Д.В. Аппаратура для мониторинга содержания 222Rn в природных водах [Текст]/ Д.В. Никифоров - материалы Г/ Международной конференции «Новые идеи в науках о Земле». - Москва, 1999. - С. 384. 0,1 п.л.

5. Nikiforov D.V. Application polymer membranes for underwater radon monitoring [Текст]/D.V. Nikiforov - Symposium «PACON99». - Moskow, 1999.- C. 82. 0,1 п.л.

6. Kontar, E. Submarin monitors for investigations of groundwater discharge to the coastal zone and evaluation of potential earthquakes / E. Kontar., B. Burnett, T. Nelson, R. Corbett, L. Robinson, J. Weaver, D. Nikiforov - Symposium «PACON99». - Moskow, 1999. - C. 177. 0,1/0,05 п.л.

7. Kontar, E.A. Groundwater Contribution to Central Asia Lakes Water Supplies and Water Quality / E.A. Kontar, A.Yu. Tkachev & D.V. Nikiforov I.S. Zektser, Yu.L. Obyedkov, L.I.EIpiner & A.Ye.Shapovalov - 4th International Conference on Hydro-Science and Engineering. - Seoul, Korea, 2000. -C. 15. 0,1/0,02 п.л.

8. Никифоров, Д.В., Состояние здоровья детей как индикатор качества среды г. Нововоронежа [Текст]/ Д.В. Никифоров A.A. Сергеев // Вестник Воронежского отдела Русского географического общества.- Воронеж, 2008. - том 7. - С. 8688. 0,2/0,1 п.л

9. Никифоров, Д.В. Проблемы мониторинга концентрации радона [Текст]/ Д.В. Никифоров // Вестник Воронежского отдела Русского географического общества, Воронеж, 2009.-, том 8. - С. 61-64. 0,3 п.л

10. Никифоров, Д.В. Действие радона на организм человека [Текст]/

Д.В. Никифоров // Вестник Воронежского отдела Русского географического общества. - Воронеж, 2009. - том 8. - С. 67-68. 0,1 п.л.

11. Никифоров, Д.В. Методы измерения концентрации радона в различных средах [Текст]/ Д.В. Никифоров // Вестник Воронежского отдела Русского географического общества. - Воронеж, 2009. - том 9. - С. 110-113. 0,3 п.л.

12. Никифоров, Д.В. Геоэкологическая оценка влияния радона на здоровье населения Воронежской области [Текст]/ Д.В. Никифоров // Вестник Воронежского отдела Русского географического общества. - Воронеж, 2010. -том 10.-С. 134-138. 0,4 п.л.

13. Сергеев, A.A. Геоэкологическая оценка влияния предприятий строительных материалов на окружающую среду на примере кирпичного завода [Текст]/ A.A. Сергеев, Д.В. Никифоров - Региональные проблемы экологической безопасности природных и антропогенных объектов., Сборник материалов региональной научно-практической конференции. ВГПУ. - Воронеж, 2008. - С. 178-183. 0,3/0,2 п.л

14. Никифоров, Д.В. Геоэкологическое районирование г. Нововоронеж., Проблема управления социо-эколого-экономическими рисками водохозяйственного природопользования [Текст] / Д.В. Никифоров // Сборник статей.

Воронежский государственный педагогический университет. - Воронеж, 2012. - С. 93-98.0,5 п.л.

15. Никифоров, Д.В. Методика проведения исследования крупного региона на радоноопасность [Текст] / Д.В. Никифоров - Сборник статей: Проблема управления социо-эколого-экономическими рисками водохозяйственного природопользования. - Воронеж: Воронежский государственный педагогический университет, 2012. -С.102-103. 0,1 п.л.

16. Никифоров, Д.В. Методика комплексной оценки радонового потенциала региона [Текст] / Д.В. Никифоров - Материалы международной научно-практической конференции ЬХУ Герценовские чтения посвященные 215-летию Герценовского университета и 80-летию факультета географии, Сборник: География; проблемы науки и оборудования, 2012. С. 148-152.0,4 п.л.

17. Никифоров, Д.В. Аномалии поля радона в местах тектонических нарушений. / Д.В. Никифоров // Вестник Воронежского отдела Русского географического общества. - Воронеж, 2012. -том 11. - С. 90-94. 0,4 п.л.

Подписано в печать 30.04.2013 Формат 60x90/16 Бумага офсетная. Усл. печ. л. 1,5 Тираж 100 экз. Заказ 211

Отпечатано в типографии «Адмирал» 199178, Санкт-Петербург, В.О., 7-я линия, д. 84 А

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Никифоров, Даниил Владимирович, Воронеж

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Воронежский государственный педагогический университет»

На правах рукописи

04201 3-60-672

Никифоров Даниил Владимирович

Геоэкологические основы организации регионального мониторинга радона для

обеспечения безопасности населения

Специальность 25.00.36 - Геоэкология (науки о Земле)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук

Научный руководитель кандидат географических наук,

доцент

Межова Лидия Александровна

Воронеж 2013

Введение.......................................................................................................................4

1 Теоретические и методологические подходы к изучению радона в геоэкологических исследованиях..............................................................................9

1.1 Теоретическое обоснование использования радона как трассера при изучении природных процессов............................................................................9

1.1.1 Физико-химические свойства радона......................................................9

1.1.2 Изучение радона в литосфере.................................................................16

1.1.3 Изучение радона в гидросфере и атмосфере.........................................20

1.2 Методы измерения концентрации радона....................................................22

1.2.1 Основные методики определения концентрации радона.....................22

1.2.2 Измерение активности радона в воздухе...............................................27

1.2.3 Измерение активности радона в воде.....................................................28

1.2.4 Радиометры радона промышленного производства.............................30

1.3 Методы оценки радоноопасности жилого фонда.......................................33

1.3.1 Пути поступления радона в жилые строения........................................33

1.3.2 Противорадоновые мероприятия в зданиях..........................................36

1.3.3 Оценка радоноопасности территорий....................................................40

1.3.4 Реализация радоновых программ в разных странах мира...................43

1.3.5 Аномалии поля радона в местах тектонических нарушений..............50

1.4 Изучение влияния радона на организм человека.........................................53

1.4.1 Позитивное и негативное влияние радона на организм человека.......53

1.4.2 Проблемы оценки воздействия «малых» доз радиации на организм человека..............................................................................................................58

2 Методика исследования степени радоноопасности территории для оценки условий жизнедеятельности населения...................................................................63

2.1 Статистический анализ параметров распределения строений жилого фонда по уровню объемной активности радона.................................................63

2.2 Алгоритм мониторинга радоноопасности региона......................................70

2.3 Методические приемы прогнозной оценки радоноопасности региона.....76

3 Комплексная оценка радоноопасности территории Воронежской области.....82

3.1 Природные особенности Воронежской области влияющие на миграцию

радона.....................................................................................................................82

3.2 Современное состояние системы контроля содержания радона в жилом фонде Воронежской области................................................................................91

3.3 Оценка радоноопасности территории Воронежской области.....................93

3.4 Медико-географические показатели Воронежской области.....................103

3.4.1 Состояние радиационного фона Воронежской области.....................103

3.4.2 Анализ онкологической заболеваемости населения на территории Воронежской области.....................................................................................105

3.5 Практические рекомендации по совершенствованию радоновой программы на территории Воронежской области............................................121

4 Рекомендации к организации мониторинга радона в природных водах.......124

4.1 Цели организации мониторинга радона в природных водах.....................124

4.2 Мониторинг содержания радона в источниках водоснабжения..............126

4.3 Блок извлечения радона из воды на основе полимерных мембран.........128

4.4 Тестирование полимерных мембран и рекомендации по их применению..........................................................................................................133

Заключение...............................................................................................................142

Список литературы..................................................................................................144

Введение

Актуальность исследований: В 80-е годы XX века особую актуальность приобрела проблема канцерогенного воздействия высоких доз ионизирующего облучения на людей в повседневной жизни за счет радона и продуктов его распада. Всемирной организацией здравоохранения радон был признан второй по значимости после табакокурения причиной возникновения рака легкого. В большинстве развитых странах мира, в том числе и в России, на государственном уровне приняты национальные программы по изучению и снижению вредного воздействия радона на здоровье людей. В РФ программа «Радон» принята в 1994 году. Анализ имеющихся материалов по радоноопасности, связанной с природными и техногенными факторами, воздействующими на человека, считается сложной и недостаточно изученной проблемой, особенно на региональном уровне. До настоящего времени отсутствуют научно-обоснованные принципы, приоритеты и механизмы учета факторов влияния радоноопасности в системе комплексного экологического мониторинга. Все это определяет актуальность темы исследования. Выявление закономерностей миграции радона в компонентах природно-антропогенной среды и оценка экологических последствий для населения представляет научно-методологический интерес. Актуальность научных и методических исследований проблемы радоноопасности обусловлена необходимостью прогноза и моделирования миграции радона в системе «человек-окружающая среда».

Цель работы заключается в разработке методики комплексной оценки радоноопасности территорий и совершенствовании регионального ГИС-мониторинга радона. В соответствии с поставленной целью были определены следующие задачи:

- изучить теоретические и методологические подходы оценки радоноопасности территорий на разных иерархических уровнях;

- определить радоноопасность территории на основе учета геотектонического строения региона;

- разработать алгоритм ГИС-контроля степени радоноопасности региональных геосистем для обеспечения безопасности населения;

- усовершенствовать методику измерения концентрации радона в природных водах для организации долговременного мониторинга;

- обосновать рекомендации по снижению уровня радоноопасности территории Воронежской области для оптимизации геоэкологической ситуации.

Объект исследования: Содержание радона в компонентах окружающей среды региональной геосистемы.

Предмет исследования: Пространственно-временные особенности мониторинга радоноопасности в системе «человек - окружающая среда».

Материалы и методика исследования.

Теоретической и методологической основой работы являются результаты и методы исследований отечественных и зарубежных специалистов в области географии, геологии, геоэкологии. Изучением поведения радона в природной и антропогенной среде занимались российские ученые: Уломов В.И., Мавашев Б.З., Гудзенко В.В., Дубинчук В.Т. Булашевич Ю.П., Жуковский В.И., Ярмошенко И.В. Методические и статистические результаты исследований в зарубежных странах были изучены по работам: Nazaroff, W.W., Nero, A.V., Dubois G., Barnet I., Neznal M. В анализе данных по Воронежской области были использованы труды: Милькова Ф. Н., Смирновой А. Я., Трегуба А.И., Куролапа С.А., Мамчика Н.П. В основу диссертации легли результаты исследований, проведенные автором в Воронежской области, а также материалы Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, Федеральной Службы по надзору в сфере природопользования, Федерального государственного унитарного научно-производственного предприятия «Аэрогеология», Межрегионального центра по геологической картографии Министерства

природных ресурсов и экологии Российской Федерации, Федерального государственного унитарного геологического предприятия «Воронежгеология». Материалом для диссертационной работы послужили данные, полученные в ходе лабораторных экспериментов и полевых работ на территории Воронежской области. Анализ статистических закономерностей пространственного распределения радона проводился на основе научных публикаций и по результатам полевых исследований радоноопасности на региональном уровне. Основными инструментами обработки и анализа данных для диссертационной работы послужили программные пакеты АгсС1з(АгсМар), 8ТАТ18Т1СА, М8 СЖсе(Ехсе1).

Научная новизна:

- разработаны на основе комплексной оценки радоноопасности территории основные положения ГИС-мониторинга и определена методика оценки геоэкологического состояния территории;

- построены картографические модели, дающие возможность выявления радоноопасных участков градостроительными и природоохранными организациями;

- на основе статистического ряда установлены закономерности распределения радона на региональном уровне, необходимые для прогнозных оценок радоноопасности территорий.

Основные положения выносимые на защиту:

- методика организации комплексного геоэкологического мониторинга радоноопасности региона для выявления дискомфортных условий проживания населения;

- результаты геоэкологической оценки радоноопасности геотектонической среды Воронежской области для выявления негативных процессов и построения картографических моделей, используемых для оптимизации окружающей среды региона и решения задач его устойчивого развития;

- результаты экспериментальной проверки использования радона как трассера природных процессов при региональных геоэкологических исследованиях в природных водах.

Теоретическое значение диссертационного исследования заключается в уточнении особенностей организации регионального геоэкологического мониторинга радона для обеспечения безопасности жизнедеятельности населения и в дальнейшей разработке теоретических и методологических основ мониторинга и управления организацией радонобезопасности урбанизированных и селитебных геосистем. Практическое значение работы. Полученная в ходе диссертационного исследования информация применяется в разработке нормативной природоохранной региональной документации по радоноопасности территорий и внедрена Росприроднадзором по Воронежской области для разработки региональных схем развития (акт о внедрении от 05.02.2013). Результаты исследований легли в основу практических рекомендаций для муниципальных районов Воронежской области при формировании региональных стратегий обеспечения радонобезопасности населения (акт о внедрении от 11.12.2012). Результаты так же использованы в учебном процессе Воронежского государственного педагогического университета при разработке рабочих программ и лекционных курсов по дисциплинам: «Системный подход в географии», «Методы геоэкологических исследований», что документально подтверждено актами внедрения (справка о внедрении от 28.02.2013). Предложены основные направления оптимизации региональных урбосистем и селитебных территорий с учетом оценки их радоноопасности.

Усовершенствован прибор для определения концентрации радона в природных водах для прогноза геолого-географических процессов в зонах техногенеза. Длительный мониторинг радона в природных водах и источниках водоснабжения позволяет получить дополнительные источники информации в геоэкологических исследованиях таких направлений как: исследование

сейсмических процессов; уточнение водного баланса территорий за счет измерений субаквальной разгрузки грунтовых вод с использованием радона как трассирующего агента; контроль содержания радона в источниках водоснабжения индивидуального пользования.

Апробация работы: Результаты работ по теме исследования докладывались и обсуждались автором: на IV Международной конференции «Новые идеи в науках о Земле» (Москва, 1999), международном симпозиуме «PACON99» (Москва, 1999), Groundwater Contribution to Central Asia Lakes Water Supplies and Water Quality, E.A.Kontar, A.Yu.Tkachev & D.V.Nikiforov I.S.Zektser, Yu.L.Obyedkov, L.I.Elpiner & A.Ye.Shapovalov, 4th International Conférence on Hydro-Science and -Engineering (Séoul, Korea, 2000); научно-практической конференции «Региональные проблемы геоэкологической безопасности природных и антропогенных объектов» (Воронеж, 2008); научно-практической конференции «Герценовские чтения» (С.-Петербург, 2012).

Личный вклад автора заключается в формировании темы, цели, задач и выводов исследования; сборе, обработке и анализе материалов «Роспотребнадзора», «Росприроднадзора», «Воронежгеология» и «Аэрогеология»; в организации, проведении полевых исследований на территории Воронежской области и анализе их результатов. Автором определен алгоритм организации мониторинга радона на региональном уровне. Составлены картосхемы зон вероятной радоноопасности на территории Воронежской области. Усовершенствован механизм проведения мониторинга концентрации радона в воде.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 работ (в том числе 3 в рецензируемых журналах).

Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы (118 наименований, из них на иностранном языке 62). Объем рукописи - 157 страниц, в том числе 59 рисунков и 23 таблицы.

1. Теоретические и методологические подходы к изучению радона в

геоэкологических исследованиях

1.1 Теоретическое обоснование использования радона как трассера при изучении

природных процессов

1.1.1 Физико-химические свойства радона

Благодаря своим химическим, физическим и радиоактивным свойствам радон является уникальным естественным трассером различных процессов, происходящих в природе. Во-первых, образование радона происходит с постоянной скоростью, зависящей только от содержания радия в материнской породе, и подчиняется закону радиоактивного распада. Во-вторых, являясь химически инертным элементом, радон не вступает в химические реакции в естественных условиях. Таким образом набор факторов, определяющих процесс транспорта радона, ограничены только физическими явлениями. Возможность исключить из рассмотрения химические взаимодействия при изучении процессов переноса трассирующего агента существенно упрощает моделирование исследуемого явления. В-третьих, радиоактивные свойства и отсутствие химических связей существенно упрощают задачу по определению содержания радона в среде. Особенно это касается определения содержания радона в воздухе. Современная аппаратура позволяет проводить измерения in situ без предварительной обработки отобранных образцов при достаточно низких содержаниях радона в смеси газов. В-четвертых, сравнительно короткое время жизни (период полураспада 3,8 дня) позволяет получить дополнительный источник данных для понимания динамики исследуемых процессов. В некоторых случаях, коррелируя данные о концентрации радона с другими трассирующими агентами и вычисляя уменьшение количества радона за счет радиоактивного распада, можно получить скорость движения потока вещества. Все вышеперечисленное позволяет использовать радон в изучении атмосферы,

гидросферы и литосферы Земли.

Радон - это инертный одноатомный газ без цвета и запаха. О существовании радона человечество узнало сравнительно недавно. Впервые упоминания о нём встречаются в работах Пьера и Мари Кюри, которые при работе с радием в 1898 году заметили, что воздух, соприкасающийся с радиевым источником, становится радиоактивен. В течение следующих 10 лет исследованием нового радиоактивного газа занимаются Owens, Dorn, Rutenford, Debiern, Giesel, Ramsay и Gray. В результате этих исследований были открыты три природных изотопа радона. Каждый изотоп представлял один из радиоактивных рядов [7]:

91Q

Rn (актинон) - ряд AcU (актиноуран),

220Rn (торон) - ряд 232Th (торий),

222Rn (радон) - ряд 238U (уран).

Намного позднее выяснилось, что существует четвертый природный изотоп - 218Rn. В настоящее время известно более 30 изотопов радона. Основные физические свойства радона приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Основные физические константы радона [5, 50]

Параметр, единица измерения Значение

Температура кипения, К 211,4

Температура плавления, К 202

о Плотность в газообразном состоянии при 0 °С и 101 кПа, кг/м 9,9

Плотность в жидком состоянии при -62 °С, кг/мЗ 4400

Плотность в твердом состоянии, кг/м 4000

Диаметр атома, °А 3,64

Первый потенциал ионизации, Эв 10,745

Газообразный радон излучает голубое свечение, вызванное радиоактивным распадом, которое становится заметно в темноте. В сжиженном состоянии он

представляет собой прозрачную бесцветную жидкость. Твердый радон флюоресцирует красно-оранжевым светом. Оптический спектр практически идентичен ксенону. Радон хорошо растворим в воде и во многих органических веществах. Зависимость коэффициента растворимости в дистиллированной воде была получена Meyer в 1913 г. [50]:

а=0,105+0,403ехр(-0,0502хТ) (1)

где:

а - коэффициент растворимости, Т - температу�