Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Геохимия донных отложений малых континентальных озер Сибири
ВАК РФ 25.00.09, Геохимия, геохимические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Геохимия донных отложений малых континентальных озер Сибири"

4852669

СТРАХОВЕНКО Вера Дмитриевна

ГЕОХИМИЯ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ МАЛЫХ КОНТИНЕНТАЛЬНЫХ ОЗЕР СИБИРИ

25.00.09 - геохимия, геохимические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук

! 8 СЕН 2011

Новосибирск - 2011

4852669

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте геологии и минералогии им. B.C. Соболева Сибирского отделения РАН

Официальные оппоненты:

доктор геолого-минералогических наук член-корр. СКЛЯРОВ Евгений Викторович

Ведущая организация: Учреждениие РАН Институт геохимии

им. А.П. Виноградова СО РАН

Защита состоится « 4 » октября 2011 г. в 10 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 003.067.02 при Учреждении Российской академии наук Институте геологии и минералогии им. B.C. Соболева Сибирского Отделения РАН (в конференц-зале)

По адресу: 630090, г. Новосибирск, просп. академика Коптюга, 3, ИГМ СО РАН.

Факс: 8-383-333-35-05, 8-383-333-27-92 e-mail: gaskova@igm.nsc.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИГМ СО РАН.

доктор геолого-минералогических наук БОРТНИКОВА Светлана Борисовна

доктор геолого-минералогических наук РИХВАНОВ Леонид Петрович

Автореферат разослан « £/4.2011

Г

г.

Ученый секретарь диссертационного совета, д.г-м.н.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследований. Ландшафтно-геохимические процессы, определяющие миграционные потоки элементов и формы их нахождения в окружающей среде, обусловливают их региональные фоновые уровни и формирование природных и техногенных аномалий [Перельман, 1975]. Представленная работа ориентирована на решение фундаментальной проблемы геохимии - создание научных основ изучения поведения элементов в процессах современного осадкообразования в озерах, закономерностей их распределения и концентрирования в различных ландшафтных обстановках. Актуальность работы определяется необходимостью оценки регионального геохимического фона компонентов окружающей среды. Интенсивность питания каждого водоема осадочным материалом определяется совместным действием четырех факторов: отношение площади, дренируемой водоемом, к площади самого водоема, климат, петрографический состав пород и рельеф водосборной площади. Таким образом, в донных осадках озерных экосистем содержится информация об изменениях окружающей среды. Необходим поиск индикаторных критериев, способных сделать донные отложения востребованными для решения задач оценки регионального геохимического фона.

Основным процессом, на котором сфокусировано исследование -осадконакопление в малых континентальных озерных системах Сибири, площадь которых в данном регионе составляет около 5% поверхности суши [Гидрогеология, 2008]. При изучении процессов осадкообразования в малых озерах, Н.М.Страховым показано, что чем меньше площадь акватории озера, глубина и соотношение поверхности вод озера к площади его водосбора, тем отчетливей проявляется прямая зависимость состава осадка от литолого-геохимической и петрографической специализации состава водосборных площадей [Страхов, 1954]. В малых озерах, на фоне основного механического процесса накопления терригенного материала, реализуются два типа осадконакопления: в гумидных обстановках - сапропелевый тип, в аридных - самосадочно-эвапоритовый. Обобщение литературных материалов показало значительное отставание в изучении озер сибирского региона от исследований, проводимых для озер европейской части России, Норвегии, Канады и ряда других регионов мира. Данные о геохимии малых озерных систем этого региона стали появляться в научной литературе лишь в последние 20-30 лет [Кочарян, 1977; Линник и др., 1986; Корж, 1991; Михайлов, 1993; Московиченко, 1998; Гавшин и др, 1999; Даувальтер, 2002; Дзюба и др., 2005; Страховенко и др., 2009 и другие].

Изучение причинно-следственных связей между геохимическим составом донных отложений озер, их бассейнами водосбора и окружающей средой все более актуально в связи с добавлением в эту систему антропогенной составляющей и необходимости ее количественной оценки. При изучении степени (оценке уровня) техногенной нагрузки на ту или иную территорию очень важно иметь в качестве точки отсчета реперную начальную величину, характеризующую «чистую» площадь, удаленную от промышленно развитых районов в данном регионе. За «геохимический фон» принимается среднее содержание химического элемента в пределах геохимически однородной системы - участка [Перельман, 1989]. Озерную систему характеризует та или иная устойчивость (стационарность), зависящая во многом от внешних и внутренних факторов. Устойчивость определяется способностью природных систем восстанавливать после нарушения свою первоначальную структуру и зависит от многих показателей, основными из которых являются: соотношение тепла и влаги, разнообразие и величина биомассы, геохимический круговорот веществ и другие.

Стратифицированное изучение иловых залежей, сравнение верхних (субаквальных) с более глубоко залегающими горизонтами осадка позволяет выявить изменения в поступлении элементов и их перераспределение, происходящее на начальной стадии диагенеза [Заварзин, 2008; Леонов и др., 2007; Мартынова, 2010].

Целью настоящей работы является изучение процессов миграции и концентрирования макро-, микроэлементов, радионуклидов и редкоземельных элементов при осадкообразовании в малых континентальных озерах различных ландшафтных зон Сибири и количественная оценка регионального геохимического фона.

Задачи.

1. Определить уровень содержания и характер распределения естественных и искусственных радиоактивных элементов, макро- и микроэлементов в стратифицированных разрезах донных отложений озер различных ландшафтных зон Сибири на основе применения современных аналитических исследований.

2. Провести сопряженное изучение по стратифицированным горизонтам минерального и элементного состава формирующихся донных илов континентальных озер и почв их водосборных площадей для выявления геохимической специализации осадка. Оценить суммарный уровень загрязнения '"Се и другими техногенными радионуклидами донных отложений озер Сибири, являющихся индикаторами радиоактивных выпадений, начавшихся в 1945 году.

3. Изучить характер распределения редкоземельных элементов в донных отложениях озер разных минеральных типов осадков.

4. Выявить индикаторные соотношения элементов в озерных экосистемах различных ландшафтных зон.

5. Оценить скорости осадконакопления в озерах различных регионов Сибири, применив метод, основанный на изучении распределения активности 210РЬ и Ь7Сб по стратифицированным горизонтам осадка.

Объектами исследования послужили 164 малых континентальных озера, расположенные в разных ландшафтных зонах Сибири: гумидной, аридной и семиаридной, а также в горных условиях (рисунок 1).

1ГГШ'

топь шшшь

III-

I -волы карбонатного класса с минерализацией до 200 мг/л 2-е минерализацией 200-500

) 3-е минерализацией 500) 1000 мг/л; 4 - > 1000 мг/л

5- воды сульфатного класса

с минерализацией до 500 мг/л

6-с минерализацией 500 -1000 мг/л; 7- > 1000 мг/л;

8- воды клорчдного класса с минерализацией > 1 ООО мг/л

9-е минерализацией 500 -1000 мг/л; Ю - до 500 мг/л;

II - малоисследованные области

точки отбора проб компонентов •озерных систем | т| Семипалатинский ядерный — полигон

[~2] Пояолем&льскнй ядерный полигон

Рисунок 1. Схема мест отбора проб компонентов озерных систем (основа - гидрохимическая карта рек СССР (по О.А.Алекину)[Страхов 1954].

Основными компонентами озерных экосистем являются вода, живое вещество, атмосферные аэрозоли, почвы водосборных площадей (ПВП) и донные отложения (ДО). Климат и рельеф являются ведущими факторами природной среды, оказывающими первостепенное влияние на характер и количество озер в той или иной ландшафтной зоне

[Перельман, 1975; Беус, 1976; Исаченко, 2007; Лозовик, 2007]. Минерализация вод озер является наиболее нестабильным параметром и подвержена наибольшему влиянию климата [Страхов, 1954]. Научная новизна. Впервые обосновано использование донных осадков малых континентальных озер Сибири в качестве основного компонента окружающей среды для определения значений регионального геохимического фона. На основе большого объема аналитических данных диссертантом впервые выявлены геохимические особенности различных минеральных типов осадков, и на базе этого установлен региональный геохимический фон для 23 элементов (Ы, Ве, V, Сг, Мп, Со, N1, Си, Ъх\, Бг, СЛ, БЬ, Ва, ТЛ, Щ, РЬ, ТЪ, и, №ц Мё, К, П, Ре). Выбор изучаемых микроэлементов осуществлен с учетом степени возможного отрицательного воздействия на почву, растения, человека: вещества высоко опасные, к ним относятся: Аэ, Сй, Щ, Бе, РЬ, гп; вещества умеренно опасные - Со, Ж, Мо, Си, БЬ, Сг; вещества мало опасные - Ва, V, Мп, Яг, П, Ве [Охрана природы, 1983].

Впервые количественно оценены масштабы современного загрязнения искусственными радионуклидами ДО малых-континентальных озер Сибири и показана неоднородность распределения остаточных запасов искусственных радионуклидов, как по площади, так и во временном интервале, которая отмечается не только в ДО озер из различных регионов Сибири, но и в пределах акватории отдельно взятого озера.

На основе применения современных аналитических методик и методов, аккредитованных Госстандартом РФ, впервые изучено распределение элементов по стратифицированным горизонтам ДО и ПВП континентальных озер Сибири наряду с датировкой по 210РЬ и Сз. Сложившаяся конфигурация распределения по глубине ила 210РЬ дает возможность применения для хронологических построений расчета по модели СБ (постоянного потока). Получены достоверные хронологические реперы, которым отвечают некоторые исторические рубежи (например, начало испытаний ядерного оружия). Использование 210РЬ и '"Се позволило рассчитать скорости осадконакопления в озерах различных ландшафтных зон Сибири, которые изменяются от 0,15 до 0,35 см/год.

Практическая значимость работы. Выполненные исследования существенно расширяют базу аналитических данных по распределению элементов в озерных системах различных регионов Сибири с кларковыми содержаниями в них, и пополняют мировой банк аналитических данных по составу верхней континентальной коры.

Предложенную методику исследования сопряженных стратифицированных объектов окружающей среды можно

использовать для изучения эколого-геохимического состояния территорий в динамике, что необходимо в целях прогноза формирования ареалов вторичного загрязнения. Комплексное изучение соотношений 23 элементов между собой в различных компонентах озерных систем разных ландшафтных зон позволяет оценить интегральный эффект воздействия загрязнений. Это важно, так как загрязнение обычно является не простой суммой эффектов от отдельных их видов, а приводит к сочетанному эффекту. Полученные величины регионального геохимического фона могут быть использованы как базовые реперы для мониторинговых наблюдений и экогеохимического картирования территорий.

Выявленные площади с локальными аномалиями загрязнения техногенной радиоактивностью в различных регионах Сибири в результате вторичного перераспределения радиоизотопов могут приводить к их увеличению и, следовательно, нуждаются в мониторинговых наблюдениях.

Фактический материал, положенный в основу диссертации, собран автором совместно с сотрудниками лаборатории №216 ИГМ СО РАН с 1992 по 2009 год в ходе проведения исследований по комплексным программам: «Последствия антропогенного загрязнения окружающей среды и воздействия ядерных испытаний, проводившихся на Семипалатинском полигоне, на население Алтайского края», «Комплексная оценка техногенных воздействий на генофонд и биологическое здоровье коренного и пришлого населения Пуровского района ЯНАО» и другим. Выполнение столь масштабных исследований на мировом уровне под силу только коллективу учёных. Представленный материал является неотъемлемой частью комплексной работы и опубликован в соавторстве. В лабораторных условиях автором проведена пробоподготовка компонентов озерных систем, которые проанализированы атомно-абсорбционным и сцинтилляционно-гаммаспектрометрическим методами: 417 почвенных профилей (в среднем 8 проб в разрезе), 211 донных скважин (в среднем 20 проб в разрезе), 304 пробы растений (лишайники - 217 проб, гидробионты - 87 проб), 57 проб горных пород ложа озер и 179 проб поверхностной озерной воды, 7 - снеготалой и 8 - дождевой воды. Анализ редкоземельных элементов ДО 78 озер, 24 ПВП и 8 пород, слагающих ложа озер, проводился нейтронно-активационным методом (НАА). Пробы ДО и ПВП 5 озерных систем разделены на гранулометрические фракции с помощью метода отмучивания (216 проб). 12 проб ДО изучены с помощью растровой электронной микроскопии. Минеральный состав изучен в 126 пробах ДО и 34

пробах ТТВП рентгеноструктурным анализом и во всех остальных случаях - минералогическими методами. Основные защищаемые положения

1. Минеральный и химический состав донных отложений малых континентальных озер Сибири унаследует состав почв и пород их водосборных площадей. Уровень концентрации радионуклидов, РЗЭ, микроэлементов (за исключением стронция, урана и кадмия) в донных осадках контролируется количеством обломочной фракции. Содержания изученных элементов в донных терригенных отложениях малых континентальных озер Сибири могут быть использованы как базовые реперы регионального геохимического фона: в мг/кг Ы - 21; Ве - 1,4; V - 61; Сг - 53; Мп - 443; Со - 10; N1 - 28; Си - 22; Ъп - 66; Бг -157; Сй - 0,14; БЬ - 0,6; Ва - 405; РЗЭ - 149; Нё - 0,07; РЬ - 20; Иг - 7,0; и - 3,1 и в % масс: Иа - 1,1; - 0,7; К - 2,1; Т1 - 0,3; Бе -1,7.

2. Суммарный уровень площадной активности 137Сэ донных отложений малых озер Сибири в целом соответствует уровню глобального фона (40 мКи/км2 на 2000 год) его выпадения. Вместе с тем, на всей территории Сибири выявлены озерные системы с превышением этого фона в 2-3 раза и более, с наибольшей площадной активностью в Алтайском регионе и Республике Бурятия. Установлено два типа поступления техногенных радионуклидов в донные отложения озер Сибири: 1 тип - первичное загрязнение акваторий озер, 2 тип -вторичное загрязнение «задержанным» радиоцезием почв.

3. Скорости осадконакопления в малых озерах различных ландшафтах Сибири, рассчитанные с использованием изотопов 2,0РЬ и '"Се, составляют: в таежном, лесотундровом, степном ландшафте 2,5 - 3 мм/год, в предгорно-таежном 1,5-2 мм/год, в предгорно-степном 3-4 мм/год.

4. Распределение естественных радионуклидов, макро- и микроэлементов в вертикальном профиле донных отложений свидетельствует об устойчивости процессов формирования геохимических особенностей осадков в малых континентальных озерах различных ландшафтных зон Сибири в последние 200 лет. Зафиксированный рост содержаний техногенных радионуклидов, Сс1 и ^ в наиболее молодых частях профиля донных осадков (не древнее 50 лет) обусловлен возросшей антропогенной нагрузкой на регион. Апробация работы. Работа проводилась согласно планам НИР СО РАН. Исследования, выполненные в ходе работы по теме диссертации, были поддержаны грантами РФФИ (02-05-64646, 05-05-97204, 09-0500137), а также 7 интеграционными проектами СО РАН.

Основные положения работы опубликованы в 21 статье в рецензируемых журналах, в 2-х коллективных монографиях и 55

сборниках материалов международных и российских конференций. Результаты исследований по тематике диссертации докладывались автором в 23 устных сообщениях на международных и российских совещаниях и симпозиумах: I и II международных конференциях «Радиоактивность после ядерных взрывов и аварий» (2000, 2005); I-III международных конференциях «Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека» (1996, 2004, 2009); 1I-V международных биогеохимических школах «Актуальные проблемы геохимической экологии» (1999, 2001, 2003, 2005); I-VI международных научно-практических конференциях «Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде» (2000,2002, 2004,2006, 2008, 2010); И Международной конференции «Семипалатинский испытательный полигон: Радиационное наследие и проблемы нераспространения» (2005); на II - III Международных школах «Современные методы эколого-геохимической оценки состояния и изменений окружающей среды» (2001 и 2003); на III всероссийской конференции с международным участием «Фундаментальные проблемы воды и водных ресурсов» (2010) и многих других. Объем диссертации: Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, общим объемом 306 страниц машинописного текста, иллюстрируется 191 рисунками и 65 таблицами. Список литературы включает в себя 252 наименования.

Благодарности. Автор выражает благодарность коллективу лаборатории геохимии редких и радиоактивных элементов, особенно Маликовой И.Н., Щербову Б.Л., Боброву В.А., Маликову Ю.И., Сухорукову Ф.В., Мельгунову М.С. за постоянное внимание к работе и ценные советы. Всем сотрудникам принимавшим участие в полевых экспедиционных работах. Искреннюю признательность хочется выразить коллегам Сокол Э.В., Летниковой Е.Ф., Аношину Г.Н. за консультации и ценные критические замечания. Выполнение работы было бы невозможно без ее аналитической части. Приношу свою благодарность Ивановой Л.Д., Галковой О.Г., Макаровой И.В., Степина A.C., Чернаковой Н.И., Бадмаевой Ж.О., Андросовой Н.В., Мичуриной Л.П., Лудиной Г.С. Отдельное спасибо всем моим магистрантам: Барашковой А.Н., Чернышу П.С., Кабанник В.Г. и Восель Ю.С.

МЕТОДЫ ОТБОРА ПРОБ И ПРОБОПОДГОТОВКИ, АНАЛИТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ, МЕТОДИКИ КОНТРОЛЯ ПОГРЕШНОСТИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ ПРОБ

Отбор проб ДО проведен цилиндрическим пробоотборником с вакуумным затвором конструкции НПО «Тайфун», по-интервально с шагом 1 см или 3 см на глубину от 30 до 90 см. Пробы ПВП отбирали

путем задавливания металлического кольца последовательно на глубину всего почвенного разреза (объем проб составлял 264 м3).

Определение содержания естественных радионуклидов и радиоцезия проводилось на гамма-спектрометрах с колодезными сцинтилляционными кристаллами Nal (TI). Предел обнаружения при массовом анализе оценивается величиной порядка 1-3 Бк/кг. В случаях, когда чувствительность недостаточна, пробы поступали на анализ в камеру низкого фона (КАНИФЕР), созданную специально для определения ультрамалых содержаний радионуклидов [Бобров и др., 1975]. Порог определения 137Cs в этом случае составляет 0.01-0.03 Бк/кг. 90Sr определялся бета-радиометрическим анализом с радиохимической подготовкой. Предел обнаружения 90Sr в компонентах биогеоценоза составляет 0.5 Бк/кг. Анализ природных объектов на 238'239'240Ри проводился радиохимическим методом по методике НПО «Тайфун». Для получения объективной и достоверной информации о количественной характеристике уровня содержаний U, Th и К часть проб (почвы и донные отложения) для контроля и сравнения анализировалась инструментальным нейтронно-активационным методом и методом прямой высокоразрешающей полупроводниковой гамма-спектрометрии [Мельгунов, 2003]. Согласно статистической обработке результатов сравнения 70 проб, проанализированных двумя и более методами, отклонение содержаний по U составляет не более 20%, по Th и К -10 %. На основании полученных данных по 137Cs формировались малые выборки для определения 134Cs. 210РЬ анализировался гамма-спектрометрическим инструментальным способом путем регистрации естественной рентгеновской линии 46.5 КэВ на планарном полупроводниковом детекторе с защитой от естественного излучения на основе особо чистых свинца и вольфрама, из навесок от 10 до 50 г, при строго выдержанной геометрии измерения. Для перехода от удельной активности к площадной в расчетах можно пользоваться разными формулами. Расчет плотности загрязнения ведется по формуле,

_ Ах2,7хЮ~и

предложенной в 1992 году Гавшиным В.М.: г =-

S

где Р - плотность загрязнения l37Cs (запас), выраженная в Кн/км2, А -активность 137Cs в пробе в Бк; S - площадь круга в см2. В нашем случае радиус 41 мм, S=52.8 см2.

Анализ на редкие земли проводился нейтронно-активационным методом (НАА), который является одним из наиболее чувствительных методов определения редкоземельных элементов. Погрешность определения содержания элементов обычно составляет 5-15 %.

Анализ компонентов озерных систем на содержание элементов Са,

Na, К, Al, Fe, Mg, Mn, Sb, Sr, Ba, Be, Cd, Co, Ni, Cr, Zn, Cu, Pb, Hg и другие осуществляется атомно-абсорбционным методом. Образцами для контроля воспроизводимости являлись параллельные образцы проб и стандартные образцы. Для оценки метрологического качества результатов химического анализа проб проводились межлабораторные эксперименты. Их результаты показали, что расхождения в данных для макрокомпонентов составляют 15%, для части микроэлементов - 15-20 %. Образцами для контроля правильности являлись государственные стандартные образцы состава донных отложений, почв, растительности, горных пород. С каждой партией проб анализировали два стандартных образца.

Автором проведена статистическая компьютерная обработка аналитических данных, включающая оценку параметров распределения элементов в компонентах озерных систем, проверку гипотез о виде распределения, оценку корреляций. В основном, выборки по содержаниям элементов в компонентах имеют нормальное, иногда логнормальное распределение исследуемых величин. Аномальные значения определялись как выходящие за пределы интервала - средние значения ± три среднеквадратичных отклонения. Построение и верстка карт выполнялись с помощью программ Surfer и ArcGIS (при экстраполяции точек опробования в регулярную сеть использовался стандартный метод "Natural Neighbour").

МАЛЫЕ КОНТИНЕНТАЛЬНЫЕ ОЗЕРНЫЕ СИСТЕМЫ

СИБИРИ, ИХ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПО ЛАНДШАФТНЫМ ЗОНАМ, МЕТАЛЛОГЕНИЯ ПОЧВООБРАЗУЮЩИХ ПОРОД.

В Пур-Тазовском междуречье изучено 15 озер (пояс тундры и северной тайги) (рисунок 1). Озера имеют термокарстовое или старинное происхождение, пресные и ультрапресные воды с преобладающими анионами карбонатной и гумусовой щелочности и, следовательно, малой буферной емкостью по рН. В областях умеренного климата (таежный пояс) исследовано 56 озерных систем. Озера центральной части Республики Саха расположены в области развития многолетней мерзлоты в условиях относительно засушливого климата, имеют термокарстовое происхождение - аласовый тип озер [Босиков, 1983]. На юге Западной Сибири озера, в основном, соленые или солоноватоводные. Изучено 68 озерных систем, расположенных в степной зоне, и 25 в сухостепной зоне. В предгорном ландшафте исследовано 19 озерных систем.

На территории Сибири преимущественно развиты подзолистые, дерново-подзолистые, серые лесные, черноземные, каштановые почвы и их разновидности [Сысо, 2007]. На горной территории преобладают

горно-луговые, горно-лесные, горно-тундровые, горно-каштановые и другие типы почв [Мальгин, 1978]. Широкое распространение имеют почвы, залегающие на «боровых песках» - древних супесчаных и песчаных аллювиальных отложениях, а также почвы речных долин на современном аллювии. Почвообразующий субстрат в равнинной и низменной частях территории представлен осадочными породами (в основном, покровными лессовидными суглинками), а в предгорной и горной зонах - магматическими и метаморфическими породами разного состава, которые являлись основным материалом при формировании осадочных пород равнин. В каждом изученном регионе проводилось детальное рассмотрение геохимической характеристики почвообразующих пород и унаследование ее ПВП и в дальнейшем ДО озер.

В ПВП озер не выявлено закономерного распределения концентраций микроэлементов в зависимости от расположения озера в пределах той или иной рудной зоны. Повышенные значения выявляются только в почвенных профилях, непосредственно расположенных в зоне рудопроявлений, а на расстоянии более 200 метров каких-либо значимых отличий в концентрациях не зафиксировано [Геохимические ..., 1954; Ковалев, 2000].

Все отобранные нами осадки имеют серозеленый или коричневый цвета, иногда запах сероводорода, высокую вязкость, массивную или ореховоскорлуповатую текстуру. В отложениях озер верхние слои, в основном, представлены сапропелем с существенной примесью алевропелитового или карбонатного материала. С глубиной (особенно с 25 см) резко убывает количество органического вещества. Терригенный материал на 70-80% представлен полевыми шпатами и кварцем. Среди второстепенных минералов чаще всего присутствуют гидрослюды, хлориты, смектиты. Карбонатные осадки представлены кальцитом с переменным содержанием магния или стронция, доломитом, редко арагонитом. Зольность органогенных осадков варьирует от 15 до 60%, карбонатных и терригенных от 70 до 100%. Влажность органогенных осадков достигает 95%, а терригенных и карбонатных - 50%. Основная масса донных отложений изученных озер сформировалась в восстановительной обстановке: без сероводорода (глеевой) или сероводородной. В основном, на протяжении всего стратифицированного разреза минеральный состав осадков однородный. В нескольких озерах выявлена резкая смена структуры и состава ДО в разрезах на разных глубинах: сапропелевого на алевропелитовый, алевропелитового на карбонатный и другие. Эта смена хорошо прослеживается по концентрациям в осадке макроэлементов (Са, К,

М§), и мало заметна по концентрациям микроэлементов.

В водах озер преобладают два аниона (НС03\ S042') и три катиона (Са2+, Mg2+, Na+), в подчиненном количестве присутствуют (СГ и К+). Во многих озерах в воде наблюдается преобладание в составе катионов над анионами. Такие расхождения характерны для вод с присутствием в них растворенных органических веществ (РОВ) [Смоляков, 2000]. Согласно классификации, воды изученных озер относятся к ультрапресным (минерализация <0,2 г/л), пресным (0.2-1.0 г/л), солоноватым (1.0-3.0 г/л) и соленым ( ;,3-10 г/л). Практически все воды нейтральные и слабощелочные (pH 6.5-8.5), но в некоторых pH выше 8.5 - сильнощелочные воды. В озерах проявлена общая закономерность для вод: с увеличением минерализации озерной воды происходит относительный рост содержания ионов в ее составе в такой последовательности: HC03'-»S042"—>СГ; Са2+—>Mg2+—>Na+. В водах сибирских озер отмечается повышенное содержание Mg2+. Обобщение полученных автором аналитических данных по микроэлементному составу вод озер позволило отметить следующие закономерности. Их концентрации находятся на уровне значений, полученных для северных озер Евразии [Reimann, 1998]. Содержания микроэлементов изменяются от озера к озеру в тех же пределах, что и сезонные вариации микроэлементов в каждом озере и не прослеживается влияние ландшафта ПВП на их концентрации в воде. Многие микроэлементы в водах находятся на пределе обнаружения атомно-абсорбционного метода.

При проведении комплексных исследований на территориях ЯНАО, Новосибирской, Томской, Иркутской областей изучен состав атмосферных осадков [Куценогий, 2000; Смоляков, 2000]. Многоэлементный состав атмосферных аэрозолей на юге и севере Западной Сибири схож. Однако, в зимний период по некоторым элементам массовые концентрации, связанные с почвенно-эрозионными процессами образования атмосферных аэрозолей, на юге выше, чем на севере на порядок.

Сведения о характере и масштабах загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами и радионуклидами начали появляться в открытой печати в конце 70-х годов XX столетия (Borman and Watson, 1976; Blair and Cherry, 1980; Williams et al., 1986; Salomons, 1984; Черкезян и др., 1994, 1995; Войцехович и др., 1994; Железняк и др., 1991-1997; Кашпаров и др., 1997; Израэль и др., 1998, 2000; Логачев и др., 2000, 2004; и др.). Согласно данным Глазовской М.А., в последние десятилетия антропогенная эмиссия некоторых элементов превысила природную в несколько раз: Hg(440) > Pb(100) > Ag(83) > Мо(45) > Sb(39) > As(28) > Zn(23) > Cd(19) > Cu(13) > Ni(3.5) > V(3.2) > Cr(1.6) > Co(0.7) > Mn(0.5) [Глазовская, 1997]. Территория Сибири длительно

загрязнялась техногенными радионуклидами, образовавшимися при испытаниях ядерного оружия. Сегодня радионуклидами, присутствующими в окружающей среде, являются долгоживущие 137Сз, 908г и изотопы плутония.

ОБОСНОВАНИЕ ЗАЩИЩАЕМЫХ ПОЛОЖЕНИЙ Положение 1. Минеральный и химический состав донных отложений малых континентальных озер Сибири унаследован от почв и пород их водосборных площадей. Уровень концентрации радионуклидов, РЗЭ, микроэлементов (за исключением стронция, урана и кадмия) в донных осадках контролируется количеством обломочной фракции. Содержания изученных элементов в донных терригенных отложениях малых континентальных озер Сибири могут быть использованы как базовые реперы регионального геохимического фона: в мг/кг Ы - 21; Ве - 1,4; V-61; Сг - 53; Мп - 443; Со - 10; М - 28; Си - 22; 2п - 66; Бг -157; Сё - О,14; - 0,6; Ва - 405; РЗЭ - 149; - 0,07; РЪ - 20; 77? - 7,0; и -3,1 ив % масс: N0 -1,1; - 0,7; К-2,1; 77 - 0,3; Ре - 1,7.

В результате геохимического изучения компонентов (вода, донный осадок, почвы водосборов) 164 озерных систем разных ландшафтных зон 7 регионов Сибири, установлен ряд локальных геохимических аномалий на общем фоне соответствия глобальному уровню содержаний изученных элементов.

По данным рентгенофазного, силикатного анализов и микроскопического изучения, ДО континентальных озер разделены на

6 групп (рисунок 2): тю2+зю2+А12о3 терригенные (кварц-

полевошпатовые), карбонатные,

во / 0(3^ сапропелевые

(органогенные), терригенно-карбонатные, терригенно-органогенные, смешанные.

органогенный тип осадка

геррнгенный

терригено-карбоиатный

карбонатный

смешанный

герригено-органогенный

Рисунок 2. Диаграмма соотношения макроэлементов в минеральных типах ДО озер Сибири.

ю

СаО+СО,

Изучено соотношение основных катионов Са-Ыа-К в ДО и ПВП озер в сравнении с основными осадочными породами (песчаниками, глинами, известняками и почвой континентов [Ярошевский, 2004] (рисунок 3). Отношение Ка/К в ДО, в основном, постоянно на фоне изменения содержаний Са и, при этом, его величина соответствует значению в почве континентов.

Рисунок. 3. Диаграмма соотношения Са-Ыа-К в ДО озер и ПВП в сравнении с соотношением этих элементов в осадочных породах и почве

континентов

[Ярошевский.

2004].

Статистическая обработка массива аналитических данных показала возможность сравнения выборок между собой. В результате кластерного анализа R-типа, который выявляет корреляционные связи между химическими элементами, выделялось три группы с отрицательным коэффициентом корреляции между ними. В первой представлены петрогенные окислы К20, А1203, Si02, FeO, составляющие терригенную часть донного осадка, и, в основном, все микроэлементы - клаустофилы. Вторая группа СаО, С02 - собственно карбонатная часть и U, Sr, Na, Mg и Mn - карбонатофилы; и к третьей группе относятся Н20, ППП - органогенная составляющая осадка и связанный с ними Cd - органофилы.

В последние десятилетия происходит активное использование геохимических индексов при определении генезиса осадочных толщ [Юдович, 2000; Маслов, 2009 и др.]. Значения индексов V/Cr и Ni/Co в исследуемых ДО и ПВП озер равны 1±0,2 и 2,5±0,2 соответственно и

П ПОЧВЫ

0 донный осадок ^основные осадочные породы по Ронову А Б

1 - глины

2- песчаники

3 - карбонаты

4 эвэпориты

5 - почвы по Ярошевском^А

отвечают восстановительным или закисным условиям.

Для ДО с терригенным и карбонатным типом илов значение гидролизатного модуля (ГМ) в среднем равное 0,24 с вариациями от 0,05 до 0,31, свидетельствует о преобладании в терригенной составляющей осадка кварца. Для всех других выделенных минеральных типов ДО озер ГМ меняется от 0,25 до 0,51, что указывает на значительную примесь полевых шпатов. Высокие значения модуля нормированной щелочности (НКМ) для карбонатных пород (НКМ>1) свидетельствует о засоленности осадков. Это подтверждается рентгеноструктурным анализом: в примесях присутствуют галит, тенардит, гипс, которые являются основными носителями щелочных металлов. На их фоне резко обособились карбонатные осадки пресных озер, со значением НКМ около 0,5. Низкие значения НКМ (около 0,15) в сапропелевых отложениях подчеркивают отсутствие полевых шпатов в данном типе, что соответствует данным рентгеноструктурного анализа. Сравнительный анализ литохимических модулей в различных минеральных типах ДО озер Сибири показал, что осадки представлены, в основном, алевропелитовым материалом с примесью карбонатов и существует унаследованность отношений элементов в ДО от ПВП.

Сопоставление средних содержаний естественных радионуклидов в ДО и ПВП малых континентальных озер Сибири по разным ландшафтным зонам показало, что минимальные содержания ТЬ. и, К приурочены к ЯНАО (лесо-тундровый ландшафт), а максимальные - к территории Байкальского региона (горно-таежный и степной ландшафты) (таблица 1, вклейка 1). Полученные величины хорошо согласуются с литературными данными по значениям естественной радиоактивности пород [Геологический .., 1995]. Содержания ТН в ДО озер, в целом, соответствуют данным по ПВП (рисунок 4). Содержания урана в ДО выше или равны содержаниям в ПВП этих озер, за редким исключением некоторых озер из степной и таежной зоны.

Рисунок 4. Усредненные содержание и(Яа),ТЬ (в мг/кг) и К (%) в ДО и ПВП озер из различных ландшафтных зон Сибири.

При этом, ДО всегда обеднены калием, что, скорее всего, связано с выщелачиванием его из минералов в водной среде при участии органического вещества озера. Индикатором миграции радионуклидов служит изменение отношений их валовых содержаний, например (ТЬ/и; К/ТЬ). Для изученных почв ТЬ/и отношение изменяется от 3 до 5, что отвечает значениям для генерализированных типов почв и покровных лессовидных суглинков [Коган, 1991; Рихванов, 1996]. При этом, ТЬ/и отношения в ДО всегда ниже, чем в ПВП. Высокая корреляция между содержаниями ТЬ и К означает их принадлежность к одному носителю в озерных экосистемах - обломочному материалу. На диаграмме Са(10"2)-ТЬ-и , где нанесены процентные соотношения этих элементов в донных илах с учетом их минерального состава, фиксируются следующие закономерности: соотношение ТЬ/и практически во всех ДО меняется в узком интервале от 3,5 до 1,8 независимо от региона и ландшафта расположения озера (рисунок 5). При этом, с ростом карбонатной составляющей в составе ДО абсолютные значения ТЬ и и падают, а соотношения ТЬ/и остаются постоянными. Карбонаты по отношению к терригенному материалу, основному носителю радиоактивных элементов, являются

разбавителями, но есть и исключения. Во-первых, это часть озер с терригено-карбонатным составом илов, в которых рН воды >8,5.

Рисунок 5. Соотношение Са (%* 10"2), ТЬ (мг/кг) и и (мг/кг) в ДО с учетом их минерального состава.

Такие физико-химические свойства воды благоприятствуют высокой подвижности уранил-карбонатных соединений натрия Ка4[и02(С03)3], которые становятся неустойчивыми при рН > 9 с образованием плохо растворимых оксидов урана №4[и02(С0з)3]+2Ка0Н

<=>иОз+ЗМа2СОз+1120. Во-вторых, увеличение органогенной составляющей влечет за собой в некоторых случаях повышение концентрации урана в осадке. Общеизвестно, что органогенные илы обогащаются ураном в восстановительной обстановке при нейтральном или слабощелочном рН [Титаева, 2005; Рихванов, 2009 и др.]. При этом, согласно полученным данным, минерализация вод озер не оказывает существенного влияния на накопление и соотношение естественных радионуклидов в ДО озер, за исключением случаев накопления урана в осадках, обсужденных выше (таблица 2, вклейка 1).

Аналитические данные по макро- и микросоставу ДО и ПВП озер усреднены по различным ландшафтным зонам (таблицы 3 и 4, вклейка 1). Для почв эти значения сопоставимы с данными для почв Западной Сибири [Сысо, 2009] и средним значением для почвы континентов [Ярошевский, 2004] по таким элементам как Са, К, Б г, Ва, РЬ, Си, Ъп, Со, Ве. Выявлен значительный избыток в почвах Ыа, что возможно связано с их засолением, и небольшое превышение содержаний по Мп, Сг и №. Следует отметить дефицит в почвах изученных территорий Ре, 1л, V, Сс1, ТЬ, Нд, БЬ. Установленные аномальные концентрации некоторых микроэлементов в отдельных почвенных разрезах связаны с геохимическими особенностями почвообразующих пород горностепных ландшафтов на Алтае и в Республике Бурятия.

Сопоставление концентраций элементов в ДО озер с составом верхней континентальной коры показало избыточное накопление в процессе современного осадкообразования Са, Б г, Сс1, ЯЬ, Сг и значительное обеднение 81, А1, Ве, К, Л, ТЬ, Ва.

Сравнение данных по средневзвешенным значениям содержаний изученных элементов в ДО и ПВП озер Сибири показало, что они значимо не отличаются. Зафиксированы более высокие концентрации Са, МВ, и в осадках озер всех ландшафтных зон и Бг в ландшафтах с дефицитом влаги, а С(3, вЬ, наоборот - в ландшафтах с повышенной обводненностью. Повышенными значениями содержаний микроэлементов в ДО озер относительно почв в целом отличается тундровый ландшафт. Практически во всех регионах ДО резко обеднены Ыа относительно почв. Скорее всего, это связано с наличием довольно значительных концентраций Мц в водах сибирских озер, присутствие которого затрудняет садку натриевых минералов. Влияние ландшафтных условий на формирование геохимического состава ДО одного и того же минерального типа четко прослеживается для органогенных и карбонатных илов (рисунок 6, вклейка 2). Отличия в распределении микроэлементов с преобладанием терригенной составляющей ДО минимальны. Для всех типов ДО наибольшая близость к содержаниям в верхней континентальной коре установлена для Со,

Си, 2п, V, Сг, Мп, А1, 81, Т1, Mg, РЬ. Это свидетельствует о преобладают механической формы переноса с площадей водосбора в озера минеральной компоненты.

Разные минеральные типы ДО отличаются не только по своему макросоставу, но и по содержанию ряда микроэлементов. Согласно полученным данным, основной избыток Са, Бг, в современных ДО связан с карбонатными отложениями (рисунок 7, вклейка 2). Высокие концентрации СсЗ отмечаются во всех органогенных осадках, а также иногда в сухостепной зоне в озерах с карбонатным типом осадка.

Сравнение содержаний микроэлементов в ДО озер и почвах по административным регионам Сибири показывает, что более низкие значения характерны для севера Западной Сибири, за исключением Сс1 и Максимальные их содержания выявлены для озерных систем северных территорий. Согласно литературным данным, основным поставщиком Сё в современную атмосферу является летучая зола нефтепродуктов [Аникиев, 1986]. Известно, что в углеводородных газах и нефтях содержатся значимые концентрации Н§ [Ельчининова, 2006]. Повышенные содержания Сс1, а также в ДО северных озер можно связать с техногенной нагрузкой от нефтегазового комплекса.

Повышенные значении РЗЭ характерны для терригенных ДО, ПВП и они сопоставимы со значениями для верхней континентальной коры. Характер распределения РЗЭ в ДО озер различных минеральных типов и почве одинаков и соответствует тренду для верхней континентальной коры с типичным обогащением легкими РЗЭ и отрицательной Ей аномалией (рисунки 8 и 9, вклейка 2). Следовательно, источником РЗЭ в почвах и в донных осадках являются минералы обломочного комплекса.

Положение 2. Суммарный уровень площадной активности И7Ся донных отложений малых озер Сибири в целом соответствует уровню глобального фона (40 мКи/км" на 2000 год) его выпадения. Вместе с тем, на всей территории Сибири выявлены озерные системы с превышением этого фона в 2-3 раза и более, с наибольшей площадной активностью в Алтайском регионе и Республике Бурятия. Установлено два типа поступления техногенных радионуклидов в донные отложения озер Сибири: 1 тип - первичное загрязнение акваторий озер, 2 тип - вторичное загрязнение «задержанным» радиоцезием почв.

В настоящее время загрязнение 137Сз изученных территорий носит мозаичный характер, но его причины и масштабы различны. Это зависит от степени сохранности первичной мозаичности под влиянием вторичного перераспределения. Первичная мозаичность радиационного загрязнения определяется особенностями отдельных ядерных

испытаний, состоянием атмосферы, эффектом фракционирования радионуклидов в процессе их переноса, характером движения радиоактивных облаков [Махонько, 1997; Прокофьев, 1993]. Неоднородность распределения 137Сэ в почве устанавливалась при сравнении проб, отобранных в одном элементарном ландшафте на площадках, в равной степени удаленных друг от друга и без значительных различий в микрорельефе и развитии дерного слоя. Разница в оценках запаса '"Сб в пробах превысила 25% в половине всех точек, 50% - в четырех точках и в одной точке оценки различались в 2 раза. Однако средние значения по нескольким выборкам в пределах доверительных интервалов близки (94+12 и 91±12 нКи/м2). К аналогичному результату привело сопоставление данных, полученных при исследованиях, выполнявшихся совместно с НПО «Тайфун» на одних и тех же объектах. Следовательно, статистические оценки являются более устойчивыми, по сравнению с единичными. Они удовлетворительно воспроизводятся при уровне значимости 0,05 и при достаточном объеме выборки данные могут быть распространены на площади целых водосборов, представляя наиболее обобщенную характеристику их современного радиационного загрязнения.

В составе большой группы ученых автор принимала участие в выполнении работы по оценке величины глобальной составляющей '"Сб в общем загрязнении почв Западной Сибири; она составила 43 мКи/км2 на 2000 год. Заметим, что по расчетным данным по соотношению 137Сэ/ П4Сз, которые получены коллективом лаборатории при участии автора, в глобальных выпадениях на территории Сибири есть небольшая доля (не более 10 %) Чернобыльского радиоцезия [Сухоруков и др., 2000].

Для большинства изученных регионов суммарные уровни загрязнения '"Се в ДО и ПВП озер Сибири (таблица 1, вкладка 1) превышают уровень глобального фона. Практически во всех ландшафтных зонах Сибири обнаруживаются участки локальных выпадений, при превышении в них глобального фона в 2-3 раза и высоком '"Сб/^Бг отношении. Наибольшая плотность таких участков характерна для территории Алтайского края.

Неоднородность распределения шСб в ДО определяется влиянием многих факторов, из которых первичным является неравномерность выпадения атмосферных осадков в периоды ядерных испытаний на акватории озер и ПВП. В дальнейшем имело место изменение конфигурации первичных ареалов под влиянием эрозионно-аккумулятивных процессов и литохимической миграции. Также следует учитывать, что, в целом, ДО, обогащенные глинистым и органическим материалом, характеризуются более высокой

активностью радиоцезия, чем песчанистые [Моисеев, 1975; Цибульчик и др., 2000]. Максимальным средним уровнем загрязнения радиоцезием ДО озер следует считать величины 350 мКи/км2 (Колыванское, Алтайский край) и 286 мКи/км2 (Убсу-Нур, Республика Тува), минимальным - (0-1 мКи/км2) в озерах Сартлан (Новосибирская область), Ордынское (Иркутская область), Соленое (Республика Бурятия), Кислое (Республика Тува), Хынуто (ЯНАО), озерах Республики Саха.

Установленное распределение Ь7Сб в Колыванском озере по площади и по вертикали (во времени) является примером неравномерности загрязнения техногенными радионуклидами по его акватории (рисунок 10 и на вклейке 2 рисунок 11). Зоны с высоким запасом ь7Сб мКи/км2 приурочены к местам поступления терригенного материала с повышенных участков рельефа водосборной площади (с горных склонов) и к акваториям с застойным режимом.

N

г

ИЗ 0- 35 ■151-200 ГИ 36-70 И201 -250

■ 71-115 ■251-300

■ 116-150 И301-386 в донных отложениях

'"Сэ мКиккг

■ -пиросстъ

масштаб

ние течении '"Ся мКтш в почвах

2.5 км

■ 39. •76 .1, 152 О ЭЭМ м |шо» реж ф! M4.Ha

■ 77- 114 •190

Рисунок 10. Характер распределения запаса 1 Сб мКи/км2 в ДО и ПВП озера (А) и космоснимок Колыванского озера (Б).

В западно-центральной зоне основная концентрация 137Сз сосредоточена в самых верхних горизонтах с убыванием и выходом на «ноль» уже к глубине 9-12 см. Максимальные активности радиоцезия в ДО обнаружены на глубине 21-25 см в южной части акватории.

Соотношение плотностей загрязнения '"Сб (мКи/км2) ДО и ПВП озер показало неравномерность проявления этой зависимости в различных регионах Сибири. Так в озерных системах Алтайского региона (рисунок 12 А) выявлена практически прямая корреляция плотностей загрязнения ДО от ПВП. В Байкальском регионе и в

Республике Тува прямая корреляционная связь выявляется только для озер, расположенных в горно-таежной зоне (рисунок 12 Б).

200 150 100 50 0

1 V

о

%»• % • • •• 4

*

200 я

о

ч

• ♦

0

137С$ мКи/км2

* сухостепная

• лесостепная

♦ предгорная

100-

• степная зона

3 ♦ степная зона Агинский

° БАО я

2 о зши таити х

Е

О и

4 »

137& мКи/км2

50 100 150 200

100

200

Рисунок 12. Соотношение плотностей загрязнения '"Сэ (мКи/км2) ДО и ПВП озер различных ландшафтных зон Алтайского края (А) и Байкальского региона (Б).

Сопоставление карт-схем распределения удельной активности радиоцезия в верхнем горизонте почв Ад (гумусово-аккумулятивном) на юге Западной Сибири с распределением удельной активности радиоцезия в ДО озер, построенных с помощью программы Агсшар, позволяет утверждать о значительном совпадении расположения пятен высокой и средней удельной активности 137С& [Страховенко и др., 2007]. При аналогичном сопоставлении по картам-схемам распределения удельной активности естественных радионуклидов выявляется более сложная картина. Прослеживается несовпадение основных ареалов с высокой удельной активностью для всех естественных радионуклидов, за исключением горных районов, где отмечается частичная корреляция. Наиболее важным фактором, объясняющим такое существенное отличие в распределении удельных активностей естественных радионуклидов и радиоцезия в гумусово-аккумулятивном горизонте ПВП и ДО озер, является различие в распределении естественных и техногенных радионуклидов по почвенным разрезам. Поступивший в почвы после ядерных испытаний радиоцезий до сих пор преимущественно аккумулирован в дерновом горизонте и переходит в ДО в соответствии с современной динамикой экзогенных процессов (рисунок 13, вклейка 2). Более стабилен характер распределения естественных радионуклидов в разрезах почв,

сложившийся в течение очень длительного времени. Их вынос в озерные осадки определяется не только их концентрациями в дерновом горизонте, а в большей степени их содержаниями во всех горизонтах и подстилающем субстрате.

По характеру распределения '"Сэ в профиле ДО изученные озерные системы можно разделить на три основных типа. К первому типу распределения к,7Сэ в ДО могут быть отнесены озера, где отчетливо наблюдаются один или два пика активности 137Сз на разной глубине донной залежи, а вверх и вниз по разрезу происходит затухание удельной активности радиоизотопа (рисунок 14а).

ошаэзадояюоиоао о шозлэхо зош

Рисунок 14а. Вертикальное распределение удельной активности 137Сз (Бк/кг) в ДО озер из разных регионов Сибири с первым типом накопления радиоцезия (А-В) и смешанным (Г).

Примером такого распределения являются осадки озер из различных регионов Сибири. Несомненно, аномальные содержания ь7Св в глубинных интервалах являются свидетельством первоначального загрязнения осадков от ядерных взрывов, начиная с 1949 года. Их можно связать со временем прохождения радиоактивных облаков и выпадением радиоактивных осадков на озерные системы. Такие озера пространственно тяготеют к площадным следам радиоактивных выпадений и, несомненно, относятся к озерным системам с первичным загрязнением акватории озера.

Особенность второго типа заключается в постепенном увеличении концентрации радиоцезия к верхним интервалам, начиная с глубины около 30 см (максимум активности приходится на горизонт «донный осадок-вода») (рисунок 146). Ниже уровня 30 см в иловых залежах Ь7Сз не обнаружен. Третий тип можно, в общем, считать разновидностью второго, с той лишь разницей, что в самом верхнем (06 см) горизонте активность радиоцезия уменьшается. Подобный характер распределения отмечается в значительной части изученных озер всех ландшафтных зон Сибири. Такое распределение вероятнее всего объясняется тем, что идет постоянное перераспределение

радионуклидов на границе вода-дно, которое сопровождается поступлением 137Сб с площадей водосбора в озеро с почвенными частицами: основная масса ' ,7Сз сконцентрирована в верхнем дерновом слое почв, и при его разрушении радионуклид

° » "Ю 0 50 100 О 50 0 50

Рисунок 14 б. Вертикальное распределение удельной активности '"Се (Бк/кг) в ДО озер из разных регионов Сибири со вторым (А-Б) и третьим (В-Г) типом накопления радиоцезия.

выносится. Только на протяжении последних 20 лет происходит выравнивание и даже уменьшение поступления l37Cs в донный осадок относительно предыдущих десятилетий. То есть, в основном, такой тип распределения связан со вторичным перераспределением запасов

137

«задержанного» почвенного Cs между компонентами озерной системы и постепенной его аккумуляцией в осадке.

Положение 3. Скорости осадконакопления в малых озерах различных ландшафтах Сибири, рассчитанные с использованием изотопов

трь

и Cs, составляют: в таежном, лесотундровом, степном ландшафте 2,5-3 мм/год, в предгорно-таежном 1,5-2 мм/год, в предгорно-степном 3-4 мм/год.

Существует целый ряд подходов к определению возраста осадков. При отсутствии четко выраженной слоистости, надежным стратиграфическим маркером, позволяющим оценить скорости современного осадконакопления, являются радиоактивные изотопы — 210РЬ и 137Cs [Krishnaswamy, 1971; Pennington et al„ 1973; Davis et al., 1984; Гавшин и др., 1999; Маркелов и др., 2005]. В условиях спокойной седиментации активность «атмосферного» 210РЬ от максимума близ поверхности осадка спадает вниз по экспоненте, открывая возможности вычисления скорости седиментации [Мельгунов, 2003]. По распределению 2|0РЬ, в частности, прослежено накопление тяжелых металлов на протяжении столетия в осадках озер провинции Онтарио

(Канада), Великих озер США, фиорда Норвегии [McCall, 1984; Pempkowiak, 1991 и др.]. Полезную информацию дает и 137Cs, фиксируя в осадках даты проведения испытаний ядерного оружия, а также катастрофы атомного производства [Wong, 1984; Nriagu, 1979; McCall, 1984; Hermanson, 1990; He, 1996 и другие].

Автором построены сопряженные графики вертикального распределения концентрации l37Cs и 210РЬ в разрезах ДО 13 озер различных ландшафтных зон Сибири (рисунок 15): в таежной зоне -озера Мальцево, Яков, Журавли; предгорно-таежной - Сказка, Очки; лесо-тундровой - Полярное, Хынуто, Сырковое, Сывдармы; предгорно-степной - Колыванское, Белое, Соленое, Аляты.

0 50 100 150 о 1000 2000

Рисунок 15. Вертикальное распределение усредненных концентраций '■"Се (Бк/кг) и 210РЬ (Бк/кг) в разрезах донных осадков озер из различных ландшафтных зон Сибири.

Осадки сложены в верхней части разреза сапропелево-терригенным илом, с глубиной количество органогенной фазы уменьшается.

В литературе представлено две модели датирования по неравновесному 2|0РЬ: модель постоянной активности (СА) и модель постоянного потока (CF) [McCall, 1984; Oldfield, 1984 и другие]. При детальном рассмотрении графиков распределения 210РЬ (через 0,5см) оказалось, что чаще всего они имеют ступенчатую конфигурацию, что трудно объяснить иначе, чем перемешиванием волнами озер полужидкого осадка (до глубин 10 см влажность не опускается ниже 85%). Такое распределение радионуклида предопределяет выбор модели для хронологических расчетов: модель постоянного потока (CF) [Appleby, 1979; Batterbee, 1991]. В наиболее простой форме эта модель вводится выражением: t = -1/1 \пА,/Ау, где t — возраст осадка (годы), X — постоянная распада 2|0РЬ (0,03114); А О— полный запас 210РЬ в колонке, пКи/см2; Ау — запас радионуклида ниже датируемого уровня [Гавшин и др., 1999]. Пример расчета по данной модели приведен в таблице 5. Оценки скоростей ненарушенной седиментации в пределах последних

100 лет, рассчитанные по 210РЬ, приблизительно соответствуют датам, полученным простой экстраполяцией по '"Сэ. Следует отметить, что в нижней части колонки мы приближаемся к пределу возможности

Таблица 5

Оценка скорости седиментации в донных илах озера Полярное из

лесотундровой зоны

Интервал см Сухой вес 2юрь 1 иатм Возраст (года) Временной интервал 137 Cs Бк/кг

гр гр/см2 Бк/кг Бк/см2

0-5 5,3 0,14 140 0,0193 10 2001-1991 68

5-10 5,5 0,14 108 0,0155 20 1991-1981 55

10-15 4,2 0.11 91 0,0099 25 1981-1976 41

15-18 6,2 0,16 71 0,0114 40 1976-1961 26

18-21 5.7 0,15 69 0,0104 60 1961-1941 8

21-24 6,4 0,17 43 0,0071 80 1941-1921 0

24-27 5,2 0.14 32 0,0044 120 1921-1881 0

27-30 9,9 0,26 6 0,0016 180 1881-1821 0

30-35 9,8 0,25 1 0,0003 0

Примечание: * - радиус колонки - 3,5 см; 2l0Pbar„- избыточный «атмосферный» 210РЬ;

датирования по 210Pb (111 лет или 5 периодов полураспада). Первый взрыв на Семипалатинском полигоне произведен в 1949 году, а на Северном полигоне - в 1955, и соответственно, искусственные радионуклиды начинают фиксироваться в донных осадках. Для озер, расположенных на юге Сибири, появление 137Cs обычно отмечается на глубине около 30 см, а для северных территорий - 20 см. Исходя из сделанных допущений, можно считать, что линейная скорость накопления осадков в их естественном залегании варьирует в озерах в различных ландшафтных зонах Сибири: в таежном, лесотундровом ландшафте 2,5 - 3 мм/год, в предгорно-таежном 1,5-2 мм/год, в предгорно-степном 3-4 мм/год. Подобные расчеты для озер степной зоны Алтайского края были выполнены в 1999 году [Гавшин и др., 1999], для этих озер скорость осадконакопления составляет 0,25 см/год. Это сопоставимо с полученными ранее результатами других исследователей для некоторых озер Алтая [Севостьянов, 1985; Михайлов, 1993].

Положение 4. Распределение естественных радионуклидов, макро- и микроэлементов в вертикальном профиле донных отпожений свидетельствует об устойчивости процессов формирования геохимических особенностей осадков в малых континентальных озерах различных ландшафтных зон Сибири в последние 200 лет. Зафиксированный рост содержаний техногенных радионуклидов, Cd и Hg в наиболее молодых частях профиля донных осадков (не древнее 50 лет) обусловлен возросшей антропогенной нагрузкой на регион.

Стратифицированное (послойное) изучение ДО может дать представление как о времени и скорости накопления осадков, так и о характере изменения условий накопления элементов.

На представительном материале в почвенных профилях территорий Сибири для разных ландшафтных зон устанавливается достаточное однообразие содержаний естественных радионуклидов и их отношений в почвах разного типа (рисунок 16, вклейка 2). Примеры почвенных разрезов по почвам разного типа, развитым на одинаковых субстратах, свидетельствуют о том, что тип почв не оказывает существенного влияния на распределение урана, тория и ТЬ/и отношения. Особенности почвообразующих процессов, которые характерны для разных типов почв, практически нивелируются влиянием состава субстратов. Наиболее равномерное распределение урана, тория, калия и ТЬ/и, К/ТЬ отношений наблюдается в почвах на суглинистых отложениях, которые являются наиболее однородными почвообразующими породами [Добровольский, 1967; Сысо, 2007; Маликова и др., 2011].

Распределение естественных радиоактивных элементов по глубине ДО озер довольно однородно на протяжении всего исследуемого временного интервала (около 300 лет) для всех регионов Сибири (рисунок 17, вклейка 2). Исключением из общего правила является вертикальное распределение урана в ДО озер из таежной зоны, где при достаточном увлажнении происходит активная миграция урана. Особенно отчетливо проявляется различие в вертикальном распределении естественных и искусственных радионуклидов в пределах акватории отдельного озера - естественные радионуклиды распределены равномерно как по площади, так и по глубине, в отличие от радиоцезия (рисунок 18).

) 20 40 60 0

0

10 - --»- проточная 10 -

часть озера

20 ■ 20 -

£ —южный

А залив

X 3 30 30 -

О

2 * северный

40 - залив 40 -

50 ТК Бк/кг л 50 -

60 60 -

1ДЯа) Бк/кг

Сэ Бк/кг

Рисунок 18. Распределение ТЪ, Щ1а), Сз (Бк/кг) в ДО озера Колыванское в разных частях акватории: южный, северный заливы и проточная часть.

Вертикальное распределение изученных микроэлементов в почвенных профилях характеризуется равномерностью с общей тенденцией хаотичного изменения значений в пределах меньше одного стандартного отклонения (рисунок 19, вклейка 2). При этом содержания в верхних горизонтах не превышают значений для нижних интервалов. Элементами с отчетливо выраженным характером повышения концентраций от нижних к верхним почвенным горизонтам являются Сс1 и Щ во всех ландшафтных зонах Сибири.

Вертикальное распределение элементов в озерах разных регионов обсуждено автором совместно с коллегами в целом ряде статей и материалов совещаний [Страховенко и др., 1998; 1999; 2000 и другие]. Анализ вертикального распределения радионуклидов и микроэлементов в обобщенных колонках ДО изученных озер по ландшафтным зонам и регионам Сибири позволяет выделить два типа разрезов (рисунок 17 и 20 на вклейке 2).

В первом случае, верхние и нижние горизонты ДО практически не отличаются по содержаниям большинства изученных элементов (Си, 7,п, Сг, N1, Со, Ве, БЬ, Мл и другие). Примером такого распределения компонентов в осадках служит огромное количество озер, в непосредственной близости от которых нет ни населенных пунктов, ни промышленных производств. Другой тип распределения отмечается для 1%, Сс1 - в большинстве разрезов в верхней части концентрации их увеличиваются; для Мп и РЬ такое же распределение наблюдается в отдельных случаях. Подобный характер распределения для значительно большего количества микроэлементов отмечается в ДО водоемов, находящихся около населенных пунктов. Так, в озере Кривое (г. Завьялово, Алтайский край), содержание всех изученных микроэлементов повышается снизу вверх по разрезу осадка [Гавшин и др., 1999]. Аналогичную картину можно наблюдать в озере Безымянном (ЯНАО), на берегу которого располагается нефтеперегонная станция. В различных регионах Сибири встречаются озера, где на нормальном фоне распределения элементов по разрезу ДО отмечаются слои, резко обогащенные одним или несколькими элементами (ураганные содержания). Так в озере Яков (Томская область) в верхних 10 см концентрация БЬ и Сс1 достигает 112 и 4,2 мг/кг, соответственно. Самая высокая концентрация РЬ (3345 мг/кг) отмечается в ДО озера Большие Ракиты, примыкающего к г. Рубцовску. В озере Большое Яровое (Алтайский край) выявлен интервал, резко обогащенный Нц (до 2-2,3 мг/кг). Ураганная концентрация Сс1 (5,08 мг/кг) на глубине 20 см в озере Горькое (Алтайский край) пока не нашла своего логичного объяснения. Во всех случаях ураганных концентраций пробы проанализированы несколько раз, иногда с

повторным отбором проб.

Считается, что вариации в распределении микроэлементов в вертикальном разрезе ДО обусловлены как естественными, так и антропогенными факторами. Из естественных причин главной являются различия в литологическом составе [Снакин, 1998]. Однако, в осадках оз. Кривое, в котором показано увеличение содержаний к границе вода-донный осадок, верхние и нижние горизонты почти не отличаются по содержанию песчанистой составляющей. Анализируя аналитические данные по ДО озер с резкой или постепенной сменой минерального типа осадка, можно отметить закономерность в распределении только для ограниченного круга элементов. Органогенная фракция осадка содержит более высокие концентрации С(1, Мп, иногда и и РЬ, и обеднена Мц и Ыа. Карбонатная часть осадка отличается резко повышенными содержаниями Са и 8г, иногда Мп и М§. Все остальные элементы либо практически не меняют тренд содержаний в профилях ДО, либо смена происходит незакономерно.

Источником ураганных концентраций могут быть естественные природные процессы, проявившиеся локально. Примером являются ДО пруда Порожнего (Алтайский край). В отдельных интервалах его осадков концентрация Мп настолько высока (около 6 кг/т), что это привело к образованию железо-марганцевых конкреций до 6 мм в диаметре. С гидроксидами Мп связаны повышенные содержания некоторых микроэлементов [Щербов и др., 2006]. Повышение концентраций микроэлементов к верхним (более молодым) частям разрезов ДО, тоже в некоторых случаях можно связать с природными процессами, происходящими в ходе восстановления различных фаз органического вещества на первых стадиях диагенеза осадка. В случае ДО малых континентальных озер глубина прохождения подобных реакций, скорее всего, не превышает первых 10 см.

Значимо более высокие содержания Сс1 и ^ в верхней части профилей ДО и ПВП относительно нижележащих горизонтов, можно попытаться объяснить естественными причинами, а именно их связью с полиамидами фульвокислот органического вещества почв. Из всех химических элементов Сс1 и ^ обладают максимальной способностью к ковалентному связыванию с белками. Изменчивость форм существования кадмия в процессе миграции запрограммирована способностью Сё легко менять свое состояние под воздействием факторов среды [Техногенез.., 2003]. Поэтому, при разложении органического вещества С<3 и ^ попадают в поровые воды и включаются снова в миграционный процесс. Работы по изучению поведения кадмия в компонентах природной среды показали, что пока не нарушен баланс естественных геохимических процессов, геохимия

кадмия близка к природной и проявляется его сродство с цинком и ртутью [Кабата-Пендиас, 2005; Техногенез, 2003 и др.]. Следовательно, в разрезах ДО с увеличением содержаний Сс1 должно фиксироваться увеличение и цинка к границе вода-донный осадок, чего практически не наблюдается. Кроме того, согласно работам Кабата-Пендиас, в почвах, образующихся в условиях гумидного климата, накопление кадмия в поверхностном горизонте происходить не должно.

Но чаще всего вероятной причиной аномальных выбросов концентраций элементов в ДО служит техногенное загрязнение. Например, в озере Б. Яровое, на берегах которого расположен химический завод, техногенный источник Н§ очевиден. В озере Аляты (Иркутская область) в одном из разрезов в верхних горизонтах осадка выявлены также ураганные концентрации Н§ - напротив точки отбора проб на берегу располагается свалка отходов пионерского лагеря и т.д.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Во всех исследуемых регионах Сибири в изученных озерных системах определены содержания естественных радионуклидов и В/Сх, макро- (Са, N0, К) и микроэлементов (Сс1, РЪ, Си, 2п, Мп, Щ Сг, Со, 11%, V, БЪ, Ы, 8г, Ва). Выборочно анализ проводился на 908г, 239,240ри и Мо, 77?, Вг, В, Бё). Создана база фактического

материала, полученная в результате комплексного изучения уровней концентраций и распределения элементов между компонентами (вода, донный осадок, почвы водосборов) в озерных системах ландшафтных зон 7 регионов Сибири: Алтайский край, Горный Алтай, Республика Алтай, Новосибирская область, Ямало-Ненецкий Автономный округ, Республика Саха, Байкальский регион. Установлен ряд локальных геохимических аномалий природного и техногенного характера на общем фоне соответствия глобальному уровню содержаний изученных элементов в компонентах озерных систем территории Сибири. Модельная работа по изучению распределения элементов в отдельно взятой озерной системе проведена на примере Колыванского озера (Алтайский край).

Обобщая данные по распределению изученных элементов в ДО озер с учетом минерального типа осадка и общей минерализации воды, можно утверждать, что терригенные илы наиболее четко наследуют их содержания в почвах и почвообразующих породах, и в наибольшей степени соответствуют значениям содержаний изученных элементов в верхней континентальной коре. Понижение содержаний радионуклидов, микроэлементов в ДО связано с разубоживанием осадка либо кварцем, либо карбонатами или органическим материалом, за исключением определенных физико-химических

условий осадочного процесса для U и Cd.

Установлено, что средние содержания РЗЭ в однотипных ДО озер из различных регионов Сибири значимо не различаются. По уровню концентрации РЗЭ терригенные минеральные донные осадки и почвы водосборных площадей озер соответствуют уровню, характерному в среднем для верхней континентальной коры. В карбонатных и сапропелевых илах выявлены существенно более низкие концентрации РЗЭ, что свидетельствует о разбавляющей роли карбонатов и органики.

Практически во всех изученных озерных системах отмечается присутствие техногенных радионуклидов. При этом выявлено крайне неравномерное загрязнение озерных систем не только по всей территории Сибири, но и в пределах одного региона и даже в пределах отдельно взятого озера. Если почвы постепенно освобождаются от техногенных радионуклидов в результате химических и физических воздействий, то озера служат их накопителем, то есть на первичное радиоактивное загрязнение озера накладываются вторичные процессы.

Полученные данные свидетельствуют об увеличении антропогенной нагрузки в региональном масштабе на континентальные озерные системы Сибири на протяжении последних 50 лет.

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Щербов Б. Л., Андросова Н.В., Иванова Л.Д., Маликов Ю.И. Страховенко В.Д. Тяжелые металлы и техногенный радионуклид Cs-I37 в донных отложениях Телецкого озера // Геология и геофизика. - 1997. - т.38. -Ks9.- С. 1497-1507.

2. Гавшин В.М., Щербов Б.Л., Страховенко В.Д., Мелыунов М.С., Бобров В.А., Цибульчик В.М. U7Cs и " РЬ в озерных отложениях степного Алтая как показатели динамики антропогенных изменений геохимического фона на протяжении XX века // Геология и геофизика. - 1999. - т. 40. - № 9. - С. 13311341.

3. Сухоруков Ф.В., Маликова И.Н., Гавшин В.М., Ковалев С.И., Щербов Б.Л., Страховенко В.Д., Мелыгунов М.С., Цибульчик В.М. Техногенные радионуклиды в окружающей среде Западной Сибири (источники и уровни загрязнения) // Сибирский экологический журнал. — 2000. - т.7. - № 1. - С.31-38.

4. Щербов Б.Л., Страховенко В.Д., Маликова И.Н., Осипова Л.П., Сухоруков Ф.В., Степин A.C. Сравнительная характеристика современного радиоактивного загрязнения территорий Западной Сибири, прилегающих к Семипалатинскому и Новоземельскому полигонам (на примере Алтая и Пур-Тазовского междуречья) // Сибирский экологический журнал. — 2000. - т.7. - № 1,-С. 51-60.

5. Осипова Л.П., О.Л.Посух, Пономарева A.B., Матвеева В.Г., Щербов Б.Л., Страховенко В.Д., Сухоруков Ф.В. Медико-генетические исследования

популяции тундровых ненцев и оценка радиационной ситуации в регионе их проживания // Сибирский экологический журнал. - 2000. - т.7. - № 1. - С.61-66

6. Сухорукое Ф.В., Маликова И.Н., Гавшин В.М., Щербов Б.Л., Страховенко В.Д., Мельгунов М.С. Оценка загрязнения территории Сибири радионуклидами и тяжелыми металлами. // Современные подходы в решении проблем охраны генофонда народов. - Министерство образования Республики Саха (Якутия). - Якутск. - 2001. - С.70-78.

7. Сухорукое Ф.В., Щербов Б.Л., Страховенко В.Д., Смоляков Б.С., Кириллина В.И., Прокофьева Ю.Н. Экологическая обстановка (радионуклиды и тяжелые металлы) территорий Нюрбинского и Усть-Алданского улусов Республики Саха (Якутия): Якутск, 2001. - 155 с.

8. Щербов Б.Л., Маликова И.Н., Сухорукое Ф.В., Страховенко В.Д., Осипова Л.П. Искусственные радионуклиды и тяжелые металлы в пищевых цепях коренного населения некоторых районов Сибири // Сибирский экологический журнал. - 2001.-№2,- С.143-152.

9. Сухоруков Ф.В., Маликова И.Н., Мальгин М.А., Гавшин В.М., Щербов Б.Л., Пузанов A.B., Страховенко В.Д., Ковалев С.И. Радиоцезий в почвах Сибири (опыт многолетних исследований) // Сибирский экологический журнал.

- 2001.-№2.- С.131-142.

10. Леонова Г.А., Аношин Г.Н., Бычинский В.А., Страховенко В.Д., Щербов Б.Л. Ландшафтно-геохимические особенности распределения тяжелых металлов в биологических объектах и донных отложениях озер Алтайского края // Геология и геофизика - 2002. - т. 43. - № 12. - С.1080-1092.

11. Маликова И.Н., Ковалев С.И., Сухоруков Ф.В., Страховенко В.Д., Степин A.C. Обоснование оптимальной схемы опробования почв для ретроспективной оценки радиоактивных выпадений // Сибирский экологический журнал. - 2002,- №1,- С. 9-20.

12. Щербов Б.Л., Страховенко В.Д., Маликова И.Н. Природный и антропогенный факторы формирования микроэлементного состава донных отложений в водоемах Алтайского края // Геология и геофизика. - 2003. - №10.

- т.44,-С. 1024-1035.

13. Щербов Б.Л., Страховенко В.Д.. Геохимия конкреций из донных отложений искусственного пруда // Доклады РАН. - 2004. - т.397. - №5. - С. 1-5

14. Страховенко В.Д., Щербов Б.Л., Хожина Е.И. Распределение радионуклидов и микроэлементов в лишайниковом покрове различных регионов Западной Сибири // Геология и геофизика. - 2005. - №2. - т.46. -С.206-217.

15. Маликова И.Н., Страховенко В.Д., Сухоруков Ф.В., Девятова А.Ю. Экологическое состояние почв Алтайского края: загрязнение радиоцезием // Сибирский экологический журнал. - 2005. - Т.12. - №6. - С.985 - 998.

16. Щербов Б.Л. Страховенко В.Д. Конкреции в осадках искусственного пруда в Алтайском крае.// Литология и полезные ископаемые. - 2006. - №1. -С.1-10.

17. Страховенко В.Д., Хожина Е.И., Щербов Б.Л. Распределение радиоцезия и микроэлементов в системе лишайник - субстрат и в теле лишайника // Геохимия. - 2008. - №2,- С. 1-10.

18. Щербов Б.Л., Страховенко В.Д., Сухорукое Ф.В. Экогеохимическая роль лесных пожаров в байкальском регионе // География и природные ресурсы. - 2008. - №2. - С.60-66.

19. Коковкин В.В., Сухорукое Ф.В., Шуваева О.В., Белеванцев В.И., Маликова В.И., Страховенко В.Д., Щербов Б.Л. Химический состав источников питьевых вод Прибайкалья как фактор риска для повышенной заболеваемости местного населения // Сибирский экологический журнал. -2008,- №4,- С.619-630.

20. Страховенко В.Д., Щербов Б.Л., Маликова И.П., Восель Ю.С. Закономерности распределения радионуклидов и редкоземельных элементов в донных отложениях озер различных регионов Сибири // Геология и геофизика.

- 2010,- т.51. - С.1501-1514

21. Щербов Б.Л., Будашкина В.В., Страховенко В.Д. Миграция искусственных радионуклидов и тяжелых металлов при лесных пожарах в Сибири // Проблемы биогеохимии и геохимической экологии. - 2006. - № 1(1).

- С.113-121.

22. Щербов Б.Л., Маликова И.Н., Осипова Л.П., Страховенко В.Д., Сухорукое Ф.В. Радиоэкологическая обстановка в местах проживания коренного населения Сибири на рубеже XX-XXI веков // Проблемы биогеохимии и геохимической экологии. - 2007. - № 1(3). - С. 13-19.

23. Маликова И.Н., Страховенко В.Д. Уран, торий и Th/U отношение в почвах юга Западной Сибири // Проблемы биогеохимии и геохимической экологии. - 2011. - № 1(15). - С.26-39.

24. Страховенко В.Д., Щербов Б.Л., Маликов Ю.И. Изменение микроэлементного состава донных отложений водоемов Алтайского края под воздействием антропогенных факторов // Актуальные вопросы геологии и географии Сибири: Матер, науч. конф., посвящ. 120-летию основания Томского госуниверситета. - Томск, 1998. - Т. 3. - С. 300-303.

25. Щербов Б.Л., Страховенко В.Д., Маликов Ю.И. Индикаторная роль донных отложений озер в радиоактивном загрязнении юга Сибири // Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека: Материалы между нар. конф. - Томск, Изд-во ТПУ, 1996. - С.263-267.

26. Страховенко В.Д., Щербов Б.Л., Маликова И.Н., Иванова Л.Д., Андросова Н.В. Экогеохимические аспекты изучения донных осадков замкнутых водоемов Западной Сибири // Геохимия ландшафтов, палеоэкология человека и этногенез: Материалы Международного симпозиума. - Улан-Уде: Байкал, 1999.-С.213-217.

27. Gavshin V.M., Melgunov M.S., Sukhorukov F.S., Scherbov B.L.. Strakhovenko V.D., Malikova I.N., Kovalev S.I., Bobrov V.A., Budashkina V.V. 210Pb dating of West Siberia geochemical background changes over the XX century // Geochemistry' of the Earth's Surface. Proceedings of the 5 inernational symposium on geochemistry of the earth's surface. - Reykjavik, Iceland, 1999. - P. 39-43.

28. Страховенко В.Д., Щербов Б.Л., Гавшин B.M. и др., Радиоактивное загрязнение территории Западной Сибири по данным определения l34Cs, 137Cs и 90Sr в донных отложениях замкнутых водоемов // Радиоактивность при ядерных взрывах и авариях: Труды Междунар. конф. - С-Пб: Гидрометеоиздат, 2000. -С.727-732.

29. Маликова И. Н., Страховенко В. Д., Щербов Б. JI., Сухоруков Ф.В., Цибульчик В.М., Ковалев С.И., Иванова Л.Д., Бадмаева Ж.О. Некоторые результаты экогеохимического изучения почв Новосибирской области // "Экологический риск": Материалы 2 Всеросс. конф. - Иркутск, 2001. - С.83-86.

30. Страховенко В.Д., Хожина Е.И., Щербов Б.Л. Биогеохимический анализ распределения радиоцезия и микроэлементов в лишайниковом покрове Западной Сибири // Современные методы эколого-геохим и ческой оценки состояния и изменений окружающей среды: Доклады Международной школы «». - Новороссийск: «Биос» РГУ, 2003. - С.246-252.

31. Страховенко В.Д., Черныш П.С., Щербов Б.Л. Использование ГИС для оценки радиоактивного загрязнения лишайникового покрова севера Западной Сибири // Геохимическая экология и биогеохимическое изучение таксонов биосферы: Материалы четвертой Российской биогеохимической школы. -Наука, 2003. - С.179-180.

32. Маликова И.Н., Страховенко В.Д., Щербов Б.Л., Сухоруков Ф.В., Бадмаева Ж.О. Тяжелые металлы в природных ландшафтах Алтая. // Докл. III Междунар. науч.-практ. конф. «Тяжелые металлы, радионуклиды и элементы -биофилы в окруж. среде». - Семипалатинск, РИО СГПИ, 2004. - т.1. - С.184-190.

33. Страховенко В.Д., Щербов Б.Л., Маликова И.Н. Соотношение концентрации 137Cs/90Sr в компонентах окружающей среды из различных регионов Сибири // Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека: Материалы II Международной конференции. - Томск, Тандем-Арт, 2004. - С.580-583.

34. Страховенко В.Д., Кабанник В.Г., Щербов Б.Л. Современное состояние акватории Колыванского озера // Актуальноые проблемы геохимической экологии: Материалы V Международной биогеохимической школы. - СГПИ, Семипалатинск, 2005. - С.241-243.

35. Страховенко В.Д., Сухоруков Ф.В., Щербов Б.Л. Современный уровень содержаний долгоживущих искусственных радионуклидов в мхах, лишайниках и хвое территорий Сибири // Семипалатинский испытательный полигон, Радиационное наследие и проблемы нераспространения: Материалы II Международной конференции. - Институт радиационной безопастности и экологии НЯЦ PK, Курчатов, 2005. - Т.1. - С.157-164.

36. Страховенко В.Д., Щербов Б.Л., Маликов И.Н., Сухоруков Ф.В., Кабанник В.Г., Современное распределение естественных радионуклидов и 137Cs в донных отложениях озер различных регионов Сибири // Труды Международной конференции, Под ред.Ю.А. Израэля. СПб: Гидрометеоиздат, 2006. - т. 2. - С.345-355.

37. Маликова И.Н., Страховенко В.Д., Сухоруков Ф.В., Цибульчик В.М., Девятова АЛО. Остаточное загрязнение радиоцезием почвенного покрова Алтайского края к началу XXI века (по данным многолетних исследований) // Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде: Материалы IV международной научно-практической конференции - Семипалатинский государственный педагогический институт, 19-21 октября 2006 года. -Семипалатинск: СГПИ, 2006. - т.2. -С.370-377.

.Ад

I А

-АВ

И

и(Ка)

4

мг/кг

"горно-таелиая

зона "степная и лесостепная " ленточные боры

"таежная зона

"горно-степная

"усреднении! шзпез

О 2

ТЬ"

6 8 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 иг/кг '/ч

к

£30

45

60

мг/кг

—♦- горю-таежн» ] юна

степная и лесостепная I -к- ленточные эд боры -♦-таежная юна

-*- горно-степная ^

—3-лесопщрова5 юна

—•— ^ СПСДНСННЫИ .„ (>0

ра)ре!

2 4 6 8

мг/кг

30

45

а ■

а

2

Рисунок 16. Вертикальное распределение средних содержаний и(Ка)(мг/кг), ТЬ(мг/кг), К(%) на глубину усредненного почвенного профиля из различных ландшафтов территорий Сибири. Ад - гумусово-аккумулятивный, А -элювиальный, В - иллювиальный, С - почвообразующий субстрат.

Рисунок 18. Вертикальное распределение усредненных содержаний и(Ра)(мг/кг), ТЬ(мг/кг), К(%) в разрезах донных осадков из различных ландшафтных зон территорий Сибири

О 10 20 , 30

мг/кг

Рисунок 19. Вертикальное распределение усредненных содержаний микроэлементов (мг/кг) и М§ (%) в почвенных профилях из различных ландшафтных зон территорий Сибири

со с.

15

45

60

10 20 30 0 30 60 , 90 0 25 50 0 4 8 12

мг/кг

мг/кг

о

15

30

45

60

500 ...,...И|0° 0 30 60МГ/Кг° О-« 0,5 1,0..,..1,5 0,0 1,0

мг/кг

мг/кг"

15

I 30

45

60

мг/кг

О

15

30

45

60

? 1 ш т

I 1 л • а

□ ♦ К -

Г л «а

а <

м§ 1 1 ж / /

Рисунок 20. Вертикальное распределение усредненных содержаний микроэлементов и М§(%) в разрезах донных осадков из различных ландшафтных зон территорий Сибири

мг/кг

—♦— горно-таежная зона ■ степная и

лесостепная А ленточные боры —♦—таежная юна

—*— горно-степная

—И— лесотундровая зона —усредненный разрез

мг/кг

ВКЛЕЙКА 2.

и Ве N3 А! 51 К Са "П V Сг Мп Ре Со N1 Си 1п 8г Сс1 8Ь Ва Hg РЬ ТЬ 10 ----------" ™ -таежный ландшафт

м

--тундровый

- горно-таежный

* я

о. с. ~ '

"2 О

о

ч

О О

органогенно-терригенный

1л Ве N3 Мё А1 81 К Са V Сг Мп Ре Со N1 Си 2п вг Сё 8Ь Ва Нё РЬ ТЬ

10

степной

- горно-степной ландшафт

горно-таежный

тсрригенный

I 10

Ы Ве N3 Мо А1 К Са И V Сг Мп Ре Со N1 Си 2п Бг Сс1 8Ь Ва Нё РЬ ТЬ —А— степной -□— горно-степной ландшафт

А\

карбонатно - тсрригенный

0 10

'X

н

\ 1

а

1 0

о

е* Я

= о

Ы Ве N3 Mg А1 81 К Сз И V Сг Мп Ре Со N1 Си Ъл вг Сс1 8Ь Вз Hg РЬ ТЬ и —А— степной -а— горно-степной ландшафт

карбонатный

и Ве N3 Mg А1 81 К Са И V Сг Мп Ре Со N1 Си 1п 8г Сс1 8Ь Вз Ь^ РЬ ТЬ и

Рисунок 6. Тренд содержаний элементов в донных отложениях озер с осадком одного минерального типа нормированных к содержанию в верхней континентальной коре [\Vedepolh, 1995] из разных ландшафтных зон

Сибири

Й" «

ж О-

в

и и

о .

ч £

■я х

У 4)

О X

>3 8

з 5

о

я й

--органогенный

терригенный -Ж-орган-терригенный

-карбонатный орг+терр+карбонатный ■карб-терри генный

1л Ве № Мё А1 К Са Т1 V Сг Мп Ре Со N1 Си Ъх\ Бг Сё БЬ Ва Нё РЬ

1000

ь я

|юо

о

о ч я и о

-♦— карбонатные (8 озер) кварц+пш (26 озер) терригено-карбонатные (14) о— органогенные (7 озер)

верх, континентальная кора* — почвы континентов**

органогенно-терригенные( 14) почвы

я 2 х

X

о

ч

10

Ьа Се N(1 Бт Ей вс! ТЬ УЬ Ей

Рисунок 8. Тренды нормализованных по хондриту усредненных содержаний РЗЭ различных минеральных типов ДО озер Сибири. * - ВоупГОп, 1984. ** -Ярошевский, 2004

Ы*ЕЕ/НЯЕЕ = 30

• карбонатные кварц+п.ш. органогенн ыс ▲ органогенно-тсррнгспныс

■ копте н. кора*

■ мировой сланец*

+ вср\. контснннтальная кора*

Ы-Се (г/т)

30

60

90

120

Рисунок 9. Соотношение легких и тяжелых лантаноидов в различных минеральных типах ДО озер из разных регионов Сибири. * - [Интерпретация , 2001]

150

Рисунок 7. Усредненные содержания элементов в донных отложениях озер разных минеральных типов нормированные к содержанию в верхней континентальной коре [\Vedepolb. 1995]

Горизонт 15 сн

336.6 м высот >ел|,ефа 664.8 ч

I ] ■ 1 Я.1Ц1ССТЪ

ва - направление течения

I ортом г IX см

Горизонт 21 см

Суммарная активность» о - 3X5 Ьк м )

Активность '"Сб Бк/кг

о-зо :ыо 41 -М> 1 К/) К1-10О

101-120 121-140 141 -160 1Ы-1КО

Рисунок 11. Рааределение содержаний '"Сб (Бк/кг) в донных отложениях Колыванского озера с учетом глубины горизонта (3, 6, 9. 12, 15, 18, 21 см от границы вода-осадок)

40

137

С8

Бк'/кт

горно-таежная зона степная н лесостепная ленточные боры таежная зона горно-степная усредненный разрез

Рисунок 13. Вертикальное распределение '"Сб на

глубину усредненного почвенного профиля из различных ландшафтов территорий Сибири. Ад -

гумусово-аккумулятивный, А - элювиальный, В -иллювиальный, С - почвообразующий субстрат.

ВКЛЕЙКА 1.

Таблица 1.

Средние содержания естественных радионуклидов и плотность загрязнения

'"Сэ мКи/км2 (на 2000 год) в донных отложениях озер и почвах их водосборов в ландшафтных зонах из различных регионов _ Сибири__

Средние содержания элементов в ландшафтных зонах регионов Сибири Кол-во проб и, мг/кг ть. мг/кг К, % ти/и КУТЪ 137С'й

донные илы степной зоны Алтайского края 610 2.1 ±0.05 1.1-5,6 8.0±0.12 4.5-8,7 1.7±0.02 0.9-26 3.8 0.2 69 4-147

донные илы зоны ленточных боров Алтайского края 517 1.3±0.10 0,4-2,5 3,3±0,05 2.5-4,3 1.0±0Ш 0,8-1,3 2.5 0,3 84 44-130

донные илы предгорной зоны Алтайского края 982 3.8±0.08 2,9-4,9 10.0±0,17 8.8-10,8 1.9±0.02 1,8-2,1 2.6 0,2 88 3-192

почвы степной зоны Алтайского края 980 1.6±0.08 0,7-2,4 6,6±0.08 4,5-8,6 1.9±0.02 1,6-2,2 4,1 0.3 39 3-98

почвы зоны ленточных боров Алтайского края 520 1.0±0.02 0,8-2,1 4,1 ±0.07 2.4-7,5 2.0±0.02 1,5-2,1 4.1 0,5 53 7-111

почвы предгорной зоны Алтайского края 1105 2,9±0.05 1.8-3,1 11.3±0,4 8,4-17,7 1.9±0.03 0,08-2,9 3,9 0.2 49 30-124

донные илы стенной зоны Новосибирской области 339 2.0±0,06 0,8-2.5 6.0±0.2 1.7-9,8 1.3±0.04 0.2-1.7 3.0 0,2 88 0-206

донные илы зоны южной тайги Новосибирской области 253 2.9±0.10 1.4-5,0 4.5±0.20 2.8-7.8 1.0±0.02 0,6-1,4 1.6 0.2 138 78-226

почвы степной зоны Новосибирской области 81 2.0±0.01 1.7-2,5 6.5±0,02 5,0-8,2 1.7±0.01 1.4-1.8 3,3 0.3 ¿3 43-89

почвы зоны южной тайги Новосибирской области 59 2.4±0,01 1,7-3,1 5.9±0.05 3,2-6,7 1.4±0.01 1,3-1.7 2,5 0.2 45 24-63

донные илы горно-степной зоны Республики Алтай 118 2.1±0,04 0,6-4.6 5.6±0.11 0,6-11.9 1.3±0.02 0,1-3,3 2.7 0.2 84 22-105

донные илы горно-таежной зоны Республики Алтай 143 2.8±0.10 0,8-8,8 7.0±0.13 4,4-9,5 1.5±0.03 0,8-2.0 2.5 0.2 141 56-192

почвы горно-степной зоны Республики Алтай 241 2.2±0.09 0,3-13,5 6.9±0.15 0,2-12,9 1,8±0,03 0,0-5,3 3,1 0.3 53 4-190

почва горно-таежной зоны Республики Алтай 220 1,9±0.05 0,5-6,4 5.6±0.04 0,2-13,0 1.5±0,02 0,0-3.1 2.9 0,3 74 21-123

донные илы горно-степной зоны Республики Тува 218 1.4±0.01 0.0-2,5 2.3+0.08 0.01-6,9 0,8±0.03 0,01-1,9 1,6 0.3 51 5-287

донные илы горно-таежной зоны Республики Тува 114 1.2±0,02 0,0-3.5 2.1±0.1 0,01-6,9 0.8±0.03 0.01-1,9 1.8 0.4 104 45-135

почвы горно-степной зоны Республики Тува 198 1.5±0.01 0,0-2,0 4.5x0.17 0.0-6 1.6±0.03 0.0-2,6 3,0 0,4 48 20-91

почвы горно-таежной зоны Республики Тува 121 1.6±0.03 0,0-2,4 4.6±0.12 0.0-5,2 1.7±0.01 0,0-2,3 2,9 0,4 50 28-76

донные илы степной зоны Байкапьского региона 253 11.8 2.4-34 64 0.6-11.0 13 0.1-2,1 0,5 0.4 42 0-112

донные илы зоны тайги Байкальского региона 282 6Л 4,8-8.6 5.2 1.1-9.8 Ш 0.3-2,4 4,4 0.2 123 63-167

почвы степной зоны Байкальского региона 119 М 1.4-2.8 М 3,0-17.0 2Л_ 1.3-2.7 4.4 0.2 43 6-121

почвы зоны тайги Байкальского региона 75 М 1,8-2.8 8Л 6.8-10,0 1,3-2,0 3.4 0.2 126 81-156

донные илы таежной зоны Якутии 86 1.7±0,1 0-9,3 4.6±0.2 1.5-8,6 1.1±0.08 0-2.2 2.7 0.2 12±2 0-32

почвы таежной зоны Якутии 191 1.5 ±0.06 0,4-3 5.4±0.2 1.7-8.1 1.8±0.04 1.4-2.1 3.6 0.3 21±3 3-25

донные илы лесо-тундровой зоны ЯНАО 332 1.4±0,07 0,0-7,2 3.4±0,1 0,01-13 0,5±0.03 0.01-1.5 2.4 0.2 42 0-89

почвы лесо-гупдровой зоны ЯНАО 216 1,3±0.03 0.0-2,0 3.5±0.1 0,0-6 0.7±0.03 0,0-2,6 2,7 0.2 37 0-29

Усредненные значения по донным осадкам Сибири 3484 11 0,0-34 5д0 0,0-11,9 М 0,0-3,3 1.7 0,2 65 3-287

Усредненные значения по почвам Сибири 3606 Ь2 0,0-13,5 м 0,0-17,7 Ь5 0,0-5,3 3,2 0,3 22 0-190

Песчаники, кварцевые* 34 0.6 2.0 0.3 3.3 0.2

Карбонаты Сибирской плиты* 1,0 0.6 0.2 0,6 0.3

Лессовидные суглинки* 134 2,4 7.7 1,7 3,2 0,2

Алевропел1ты Западно-Сибироской плиты* 2,7 9.5 2.3 3.5 0,2

Песчаник!-. Западно-Сибирской плиты* 193 1,3±0,1 4,8±0,2 2,08±0,08 3,7 0,4

Верхи континентальная кора** 2,8 10,7 2.8 3,8 0.3

Почва континента** 1,5 6,5 1.4 4.3 0,2

Примечание: : Верхняя строка - среднее. ±0,05 стандартная ошибка; нижняя - пределы содержаний: * [Гавшин. 1989]; ** - [Ярошевский. 2004]

Таблица 2.

Усредненные содержаний естественных радионуклидов в донных осадках озер с различной обшей

Минерализация воды ТЬ (мг/кг) С (мг/кг) К %

Пресные 5.3 3.2 1.3

Соленые 4.9 3.5 1,2

Таблица 3.

Средние содержания элементов в донных осадках озер и почвах их водосборных площадей различных

Ландшафт Мй | Са | К | N41 | Ке Мп | | и | | Ва

% Мг/кг

Донные отложении (среднее арифметическое ± стандартное отклонение)

лесо-тундровый 0,2=0.1 0.4±0,2 0.5±0.2 0.3+0.1 1.4+0.9 264±240 38±21 1=5 44+21 231±112

степной 1.7±1.5 7.1 + 14 1.5±0.8 1.2+1.1 2.2+0.8 624+701 56±41 24=18 672+985 402±356

лет очные боры 1.2±0.5 7,4±6,8 1.1 ±0.7 1,3± 1.2 3.5±2.1 419±356 43±32 20+18 736+921 325=302

таежный 1 + 1 1,8±1,2 1,3±0,9 1.0+0.5 2.8+2.5 715±290 47±35 12+8 120±99 329±317

горно-степной 1.1 = 1.3 17±21 0.9+0.4 0,9+1.0 1.2+0.6 763±530 43 ±27 17=15 1093=998 279+1 12

горно-таежный 1,0±1,1 2,6+2.7 1,4±0.9 1,2±1,0 3.5±1.9 530+230 61+42 27=18 280±285 305=234

Усредненный состав 0.9±0.2 6,0±8,5 1,1±0,6 1,0±0,5 2,4±0,7 552±313 48±26 18±15 491±987 312±156

Почва (среднее арифметическое ± станда этное отклонение)

.тес<нт1дровый 0.2±0.1 0.2±0.1 0.7±0.4 0.4+0.2 1.2±0.5 118+112 48+22 8±5 82=56 359+309

стенной 0.8+0.4 2.7±2.7 1.7±1.5 1.7+1.1 2.4±1.1 702±3 56 71 ±54 15=1 1 362=285 515=411

ленточные боры 0,2±0,2 1.1 ±0.9 1.6+0.8 1Л ±0.1 1.1 ±0.5 690±389 56±25 9±8 134=124 356±298

таежный 0,7±0,6 1,2±0,9 1.6+1.4 1,4+1.2 3.0±2.0 693+348 49±41 18± 15 186±152 451±401

горно-степной 1.2+1,1 2,1±1.4 1.6+1.1 1,6+0.9 2.7±2.1 834±784 122±89 12+8 112±101 521±552

горно-таежный 0.6=0,3 1,6±1,1 1.9±1.2 1,8+1.1 3.9+1.8 800+501 64+31 18±11 225=211 508±504

Усредненный соегав 0,6±0,4 1,5±1,0 1,5±1,1 1,4±0,7 2,4±0,9 640±322 68±28 13±9 184±172 451±453

Средние значения в почвах Зап. Сион эи* 2.5-1,0 797=440 87=34 209,12' 541 202

Средние значения для верхней контин. коры * 1.3 3,0 2,8 2.9 3,5 600 60 20 350 550

Средине значения для почв континентов* 0.6 1.4 1,4 0,6 3,8 500 90 30 220 500

Примечание: среднее арифметическое ± стандартное отклонение; * ■

Ярошевский. 2004]

Средние содержания микроэлементов (мг/кг) в донных осадках озер и почвах их

различных ландшафтных зон Сибири

Таблица 4. водосборных площадей

Ландшафт | Сс1 | РЬ | Си | /,п | Сг | М 1 Со | И» | .41) | Не

Донный осадок

лесо-тлвдровый 0,21=0,1 11±1() 10+6 37±30 35=20 18± 10 11 ±4 0.09±0.05 0.4=0.2 0.9:1.0.5

стенной 0.14±0.1 16+8 18+4 49± 10 42±27 34±4 9±2 0.04±0.02 0.7+0.6 1.4= 1.1

ленточные боры 0.13±0.05 27±11 18± 11 41±15 41±28 31 ±6 17±5 0.08±0.02 0.4±0.4 1.2=1.0

таежный 0.23±0.1 11 + 4 32±21 54±24 72+41 43=20 12±4 0.07±0.11 1.0=0.9 2=1.8

горно-степной 0.06±0.04 16±10 19±6 39±35 5 8± 16 23±10 8±7 0.06+0.04 1.6=1.4 0.9x0.9

горно-таежный 0.13±0,1 17±7 25+10 75+40 47+11 29=20 11 = 5 0.07=0.03 0.7=0.6 1.5= 1.2

Усредненный еосгав 0,14+0,09 18±8 22±10 52±32 52±23 32±12 11±4 0,07±0,07 0,9±0,5 1.3±1,1

Почва

лесо-тл'ндровый 0.13=0.04 9+6 8+4 14±12 21=22 10+9 4±2 ().05±0.08 0.2=0.3 0.4=0.2

стенной 0.11±0.05 17+15 24+18 60±51 67+58 31±19 13=5 0.04+0.02 0.7=0.5 1.6+1.1

ленточные боры 0.10=0.05 21±12 21±12 43±38 61=45 25±21 8±4 ().05±0.03 0.7=0.4 1.1 ±0.5

таежный 0,11±0.04 18±10 22± 16 56±26 69±47 35±7 11+5 0.06±0.06 0.4=0.5 1.5=0.7

горно-степной 0.12+0.08 19±11 25±18 70±61 94=75 34±14 1 1±5 0.06±0.05 0.4=0.4 1.2=0.3

горно-таежный 0.14±0.05 21 + 14 28±21 76=58 66±54 29±21 14±7 0.06±0.07 0.8+0.5 1.5±0.4

Усредненный еосгав 0Д2±0,07 19±8 24±12 61±25 71 ±33 31±11 11±6 0,06±0,05 0,6±0,3 1,5±0,6

Средние значения в почвах Зап. Сибири* 18±6 31±14 73+30 84±27 42+12 13±4 2.1+0.9

Средние значения для верхней части контин. коры * 0,10 17 14.3 52 55 18,6 11,6 0.056 0.3 3,1

Средние значения для почв континентов* 0,16 20 23 60 60 20 9 ОН 0.9 1.5

Средние значения в современных плах океанов* 0,28 52 237 130 60 97 65 1,6

Примечание: среднее арифметическое ± стандартное отклонение; * - [Ярошевский. 2004]

38. Страховенко В.Д., Щербов Б.Л., Маликова И.Н. Закономерности распределения микроэлементов в донных отложениях озер Сибири // Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде: Материалы IV международной научно-практической конференции. - Семипалатинск: СГПИ, 2006. - т.2. -С.263-270.

39. Страховенко В.Д, Маликова И.Н., Щербов Б.Л. Естественные радионуклиды и 137Сз в почвах и донных отложениях озер различных регионов Сибири // Современные проблемы загрязнения почв: Сборник материалов II международной научной конференции. - Москва: МГУ, 2007. - т.1. - С.232 -236.

40. Маликова И.Н., Страховенко В.Д., Щербов Б.Л. Оценка эколого-геохимического состояния почв алтайского края путем нормирования содержаний тяжелых металлов // Современные проблемы загрязнения почв: Сборник материалов II международной научной конференции. - Москва: МГУ, 2007.- т.2. - С. 110-113.

41. Страховенко В.Д., Щербов Б.Л., Маликова И.Н., Восель Ю.С. Закономерности распределения естественных радионуклидов в донных отложениях озер различных регионов Сибири // Проблемы геохимии эндогенных процессов и окружающей среды: Материалы Всероссийской научной конференции (с участием иностранных ученых). - Иркутск, Изд-во Института географии им. В.Б.Сочавы СО РАН, 2007. - Т.1.- С.233-236.

42. Страховенко В.Д., Щербов Б.Л., Маликова И.Н. Распределение радиоцезия и редкоземельных элементов в донных отложениях озер разных природно-ландшафтных зон Сибири // Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде: Материалы V Международной научно-практической конференции. - Семей: СГПИ, 2008. - Т.З. - С.386-394.

Подписано в печать 17.06.2011г. Формат 60x84 1\16 Усл. печ. л. 2.25 Объем 36 стр. Тираж 110 экз. Заказ № 109

Отпечатано Омега Принт 630090, г. Новосибирск, пр. Ак.Лаврентьева,6 email: omegap@yandex.ru

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, доктора геолого-минералогических наук, Страховенко, Вера Дмитриевна, Новосибирск

генофонд коренных жителей Ямало-Ненецкого автономного округа (ЯНАО)»; "Изучение современного техногенного загрязнения Байкальского региона и медико-генетическая оценка отдалённых последствий радиационных воздействий на его коренное население"

Основные положения работы опубликованы в 24 статьях в рецензируемых журналах, в 2-х коллективных монографиях и 55 сборниках материалов международных и российских конференций. Результаты исследований по тематике диссертации докладывались автором в 23 устных сообщениях на международных и российских совещаниях и симпозиумах: I и II международных конференциях «Радиоактивность после ядерных взрывов и аварий» Москва (2000, 2005); I-III международных конференциях «Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека», Томск (1996, 2004, 2009); II-V международных биогеохимических школах «Актуальные проблемы геохимической экологии» , Семипалатинск (1999, 2001, 2003, 2005); I-VI международных научно-практических конференциях «Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде» Семипалатинск, (2000, 2002, 2004, 2006, 2008, 2010); II М еждународной конференции «Семипалатинский испытательный полигон Радиационное наследие и проблемы нераспространения», Курчатов (2005); на II, III Международных школах «Современные методы эколого-геохимической оценки состояния и изменений окружающей среды» Новороссийск, (2001 и 2003); на III всероссийской конференции с международным участием «Фундаментальные проблемы воды и водных ресурсов» Барнаул, (2010) и многих других.

Объем диссертации: Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, общим объемом 306 страниц машинописного текста, иллюстрируется 191 рисунками и 65 таблицами. Список литературы включает в себя 252 наименования.

Благодарности. Автор выражает благодарность коллективу лаборатории геохимии редких и радиоактивных элементов, особенно Маликовой И.Н., Щербову Б.Л., Боброву В.А., Маликову Ю.И., Сухорукову Ф.В., Мельгунову М.С. за постоянное внимание к работе и ценные советы. Всем сотрудникам, принимавшим участие в полевых экспедиционных работах. Искреннюю признательность хочется выразить коллегам Сокол Э.В., Летниковой Е.Ф., Аношину Г.Н. за консультации и ценные критические замечания. Выполнение работы было бы невозможно без ее аналитической части. Приношу свою благодарность Ивановой Л.Д., Галковой О.Г., Макаровой И.В., Степину A.C., Чернаковой Н.И., Бадмаевой Ж.О., Андросовой Н.В., Мичуриной Л.П., Лудиной Г.С. Отдельное спасибо всем моим магистрантам: Барашковой А.Н., Чернышу П.С., Кабанник В.Г. и Восель Ю.С.

Глава 1. Донные отложения континентальных озер - основной источник

информации о характере и тенденциях развития озерной системы.

1.1. Озерная система - отражающая взаимосвязь процессов, проходящих в водоемах с площадью их водосборов, и факторы определяющие направленность

процессов осадкообразования в ней.

Согласно определению ЮНЕСКО: озеро это впадина или группа впадин, частично

или полностью заполненная водой, все части водоема имеют одну и ту же поверхность, за исключением временных изменений, вызванных ветром или льдом, соотношение между притоком и объемом является достаточно малым и позволяет большей части взвешенного, притекающего материала формировать донные отложения. То есть в бессточных или слабопроточных депрессиях, где обычно располагаются озера, происходит первичная и вторичная аккумуляция химических элементов, отражающая геохимические процессы, происходящие в озерах и на их водосборных площадях. При переносе в озера минеральной компоненты с площадей водосбора происходит с одной стороны, смешение автохтонных и аллохтонных источников (усреднение химического состава), с другой стороны, дифференциация элементов, обусловленная присутствием их в разных формах в поверхностных водах [Балашов, 1976; Титаева, 2000 и др.]. Следовательно, озерные системы - это открытые системы преобразования вещества, энергии в ходе процесса современного осадкообразования.

С одной стороны озерные системы возникают и эволюционируют на поверхности Земли в результате действия определенных геологических процессов, одним из основных среди них является процесс осадкообразования. С другой стороны функционирование озерной системы в определенных заданных параметрах определяет особенности формирования озерных накоплений. Постоянное взаимодействие всех компонентов озерной системы не позволяет на современном уровне создать идеальную экспериментальную модель озера, так как измерение отдельно взятого параметра без учета мгновенных взаимодействий дадут приближенные значения, особенно если учитывать неравновесное состояния реальных поверхностных водных систем. Отсюда вытекает множество классификаций озерных экосистем, авторы которых в основу своей классификации ставят один или несколько факторов. В общем же, все обсуждаемые факторы и процессы, как точно описано в статье А.М.Никанорова, можно разделить на следующие основные группы: физико-географические (рельеф, климат, выветривание, почвенный покров и др.); геологические (состав горных пород, тектоника, гидрологические условия); физико-химические (химические свойства элементов, рН, ЕЙ, смешение вод); гидрологические (подземный и поверхностный водный сток с территории водосборов, перенос растворенных и взвешенных веществ); химико-биологические

водоемов стока, образуют Бе, Мп и, возможно, А1203. Их содержание в воде ничтожно, причем основная масса железа и марганца способна мигрировать в растворах в виде металлоорганических соединений. Процессы окисления переводят их в высшие формы валентности, а их гидроксиды типа Ре(ОН)з быстро выпадают в осадок. Однако планктон, к которому «прилипают» гидроксиды Бе, вновь восстанавливает Ре+3 до и Ре+2 способствует его миграции. Многократное повторение всех этих процессов, в конечном счете, завершается осаждением железа на дно водоема и его окончательным захоронением в осадках. Третью группу представляют микроэлементы, такие как V, Сг №, Со, Си и др.Основным путем осаждения этих компонентов является их сорбция гелями Бе, Мп, А1, терригенной силикатной взвесью или органическим веществом. Наконец, четвертая группа включает в себя легко растворимые сульфаты и хлориды щелочных и щелочноземельных элементов. Они осаждаются только в процессах испарения и эвапоритизации, где происходит их химическое выпадение в осадок. Такое разделение элементов дает самое общее впечатление о тех процессах осаждения химических элементов, которые протекают в конечных водоемах стока.

1.2. Озерные накопления — объект информации о процессах, которые совершаются в озерных системах, закономерности развития этих явлений и

процессов

В 1964 году в сборнике статей по теме «Накопление вещества в озерах» Л.Л. Россолимо обосновал классификацию озер, предлагая в качестве основы её - особенности озерного накопления. «Сущность природы озера как сложного географического объекта составляет комплекс непрерывно происходящих в нем процессов превращения вещества и энергии. Этот комплекс складывается под влиянием совокупности физических, химических и биологических факторов и определяется теми условиями, в которых эти факторы действуют, в чем и выражается взаимодействие и тесная связь озерных процессов с окружающей географической средой». То есть озерные накопления рассматриваются как единый и общий типологический показатель, приложимый ко всем озерам независимо от их характера и географического положения [Россолимо, 1964]. Согласно определению в экологическом энциклопедическом словаре, « озерные осадки -осевшие из воды на дно и уплотнившиеся с течением времени минеральные и органические вещества» (Экологический энциклопедический словарь, 1999). Толщи донных отложений формируются с момента зарождения озера и до наших дней, за счет приноса обломочного материала притоками озера, ветрового переноса выдуваемого из почв мелкозема, снеговыми и паводковыми потоками, а также отмирания растительных и животных организмов. Далее отложенные в субаквальной среде осадки

среды под антропогенным воздействием, выявлением источников загрязнения. Отечественным ученым принадлежат пионерские разработки как по геохимии (Вернадский В.И., Ферсман А.Е., Виноградов А.П., Перельман А.И. и др.), так и по экологической геохимии (Ковальский В.В.), техногенной геохимии окружающей среды (Ферсман А.Е., Сает Ю.Е., Перельман А.И. и др.), биогеохимии (Докучаев В.В., Вернадский В.И., Добровольский В.В. и др), и микроэлементозам человека (Авцин А.П. и др.). Эффект человеческой деятельности сводится к извлечению из недр и переносу в биосферу дополнительных количеств элементов, генерации новых минеральных видов и элементов, резкому смещению природных (естественных) соотношений между элементам и образование «запрещенных» ассоциаций (соединения и элементы, которые в природе вместе не встречаются, сведены воедино). Усиление внимания к данным проблемам связано с тем, что современное индустриальное производство по многим параметрам превосходит способность природных систем к самовосстановлению. Многие авторы указывают на наличие антропогенной составляющей геохимического фона практически всех регионов Земли.

В атмосферу Земли химические элементы поступают из двух больших групп источников - природных и антропогенных. В конце XIX в. российским ученым В. И. Вернадским высказана мысль о том, что техническая мощь человечества по своим масштабам сопоставима с естественными геологическими. Но и сейчас в научной литературе продолжается обсуждение, с каких значений концентраций начинается загрязнение. Развернутую характеристику этого понятия приводит французский ученый Ф. Рамад (1981): «Загрязнение есть неблагоприятное изменение окружающей среды, которое целиком или частично является результатом человеческой деятельности, прямо или косвенно меняет распределение приходящей энергии, уровни радиации, физико-химические свойства окружающей среды и условия существования живых существ». Загрязнения биосферы подразделяют на локальные, региональные и глобальные. Локальные загрязнения характерны для городов, крупных промышленных предприятий, районов добычи тех или иных полезных ископаемых, крупных животноводческих комплексов. Региональные загрязнения охватывают значительные территории и акватории, подверженные влиянию крупных промышленных районов. Глобальные загрязнения чаще всего вызываются атмосферными выбросами, распространяются на большие расстояния от места своего возникновения и оказывают неблагоприятное воздействие на планету [Бурова, 1992]. Но сложность состоит в том, что в живых организмах в разных количествах обнаруживаются почти все элементы Периодической системы. Для каждого элемента есть определенные границы содержания, за пределами которых полезный

ядерного оружия. Основными причинами загрязнения являются мощные выбросы радиоактивных нуклидов при ядерных взрывах, выбросы при крупных авариях взрывного характера (типа аварии на Чернобыльской АЭС), постоянные поступления радионуклидов в окружающую среду от предприятий атомной промышленности (в результате мелких аварий и постоянной эмиссии технологического характера). Кроме того, в природную среду поступают радионуклиды в результате сознательного сброса радиоактивных отходов и при утере различных элементов техники или при несовершенной технологии во многих сферах человеческой деятельности [Израэль, 2005]. В различных местах северного полушария наблюдаются площади разных форм и размеров с повышенной активностью долгоживущих изотопов цезия, стронция и плутония, что свидетельствует о локальных радиоактивных выпадениях [Любашевский, 1993]. В качестве индикатора (маркера) радиоактивного загрязнения и уровня радиационного воздействия, как в России, так и за

147

рубежом используется Сэ, техногенный долгоживущий радионуклид с периодом полураспада 30,2 года, образующийся при ядерных взрывах, а также функционирования АЭС, относительно устойчивый (слабомигрирующий) в почвах и сравнительно легко определяемый существующими аналитическими методами. В России нормируемым показателем загрязнения являются удельная активность (Бк/кг) и плотность выпадения (запас) 137Сб в почве в мКи/км2, характеризующие современное радиационное состояние территории и служащие основой для реконструкции накопленных эффективных доз облучения (сантиЗиверты) [Мясников, 2004]. Сегодня наиболее значимыми

147 ОП

радионуклидами в окружающей среде кроме Сб, являются Бг и изотопы плутония.

1 47 ПА

Физические условия, сопровождающие высвобождение Сэ и Бг из ядерных материалов, различны, поэтому во внешнюю среду радионуклиды поступили в неодинаковом физико-химическом состоянии, определившем специфику их миграции в биосфере. В атмосферных выпадениях в период 1962 - 1968 гг. значение

147

колебалось от 1 до 2 и в среднем составляло 1,6. Преобладание Се в чернобыльских выпадениях привело к резкому сдвигу соотношения в сторону цезия. Радиоактивный выброс после аварии на Чернобыльской АЭС в среднем для России за пределами областей (Брянской, Тульской, Калужской, Орловской) обусловил в 1986 г. увеличение поступлений с рационом питания населения 903г в 2 раза, 137Сэ - в 30 раз. В результате проведенных на полигонах испытаний, особенно наземных и низких воздушных, заметная часть радиоактивных продуктов не попала в стратосферу, а выпала на прилегающих территориях, образовав различной формы и протяженности пятна и полосы (локальные и региональные загрязнения). За период испытаний 1949-196 гг. на Семипалатинском ядерном полигоне было проведено 476 ядерных взрывов, в том числе 88 воздушных и 25

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ПРОБООТБОРА И АНАЛИТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ

2.1. Полевые методы исследования

В основу работы положен фактический полевой материал, собранный автором при участии коллектива лаборатории геохимии редких, радиоактивных и благородных элементов в период с 1992 по 2010 год. Автором совместно с коллективом лаборатории при пробоотборе использовались стандартные методики, а также отрабатывались новые [Маликова и др., 2005].

Выбор точек опробования почв имеет первостепенное значение для характеристики экогеохимической обстановки территории. Основными факторами, определяющими информативность почв, являются:

- Степень сохранности почвенного покрова. Целинные почвы (ненарушенные деятельностью человека и природными процессами) самые подходящие для этих целей.

- Положение участков целинных почв в рельефе и степень их сохранности. Следует опробовать почвы на участках, в которых отсутствует поверхностный механический перенос верхнего слоя почвы. Это должны быть горизонтальные участки и склоновые, с углом до 10°.

- Качество дернового слоя и радиационная емкость почв. При прочих равных условиях участки почв, с плотным и мощным дерновым слоем удерживают |37Сз- более полно, чем с малым количеством корней и маломощным дерном. Радиационная емкость почв обусловлена ее сорбционной способностью, зависящей от механического и минералогического состава и степенью насыщенности ее органическим веществом. По поглотительной способности радионуклидов целинные почвы, как правило, располагаются в следующий нисходящий ряд: чернозем - каштановая -дерново-луговая -дерново-подзолистая.

- Аккумуляция почвенного материала в некоторых случаях может привести ко вторичному загрязнению и завышеннию результатов по плотности загрязнения почв. Такими участками могут быть болота, крупные западины между возвышенностями, днища балок и оврагов, площадки, расположенные в непосредственной близости от подножия крутых склонов, конуса-выноса, площадки с оползневыми явлениями и накоплением селевого материала.

- Природные геоморфологические и механические барьеры. Это может наблюдаться при переходе из одного типа рельефа в другой (например, при переходе из степного и лесостепного ландшафта в лесной). Следует также отметить барьерную роль хребтов, расположенных на пути движения радиоактивных облаков.

Конечно, не всегда можно учесть все обстоятельства, которые могут вызвать искажение результатов, но всегда надо иметь их ввиду и учитывать при документации интерпретации.

Для донных отложений существуют следующие рекомендации: при выборе мест опробования: вдали от населенных пунктов или на максимальном удалении от них, от береговой зоны водоема; с участков донных отложений, исключающих перемешивание в результате антропогенной деятельности.

Отбор проб донных отложений проведен двумя типами пробоотборников: цилиндрическим (диаметром 110мм и длиной 100см) с лепестковым затвором и цилиндрическим с вакуумным затвором конструкции НПО «Тайфун» (диаметр 82 мм, длина 50см), позволяющим извлекать илистые сильнообводненн