Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

РАДИОАКТИВНОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ АЗОВСКОГО МОРЯ ДОЛГОЖИВУЩИМИ РАДИОНУКЛИДАМИ 90SR И 137CS

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "РАДИОАКТИВНОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ АЗОВСКОГО МОРЯ ДОЛГОЖИВУЩИМИ РАДИОНУКЛИДАМИ 90SR И 137CS"

Л-иш.

ИНСТИТУТ ОЗЕРОВЕДЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

На правах рукописи

БУФЕТОВА Марина Васильевна

РАДИОАКТИВНОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ АЗОВСКОГО МОРЯ ДОЛ ГОЖИ ВУ ЩИ М И РАДИОНУКЛИДАМИ "Эг И "'Се

специальность 25.00.36 - геоэкология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Санкт-Петербург 2002

Работа выполнена в Мурманском морском биологическом институте Кольского научного центра Российской академии наук

Научныеруководители: доктор биологических паук В.Н. Егоров

доктор географических наук Д.Г. Матишо*

Официальные оппоненты: доктор географических наук А.И. Егоров

кандидат химических наук В.Ю. Кузнецов

Ведущая организация: Институт химии и технологии редких металлов

и минерального сырья им. В.И. Тананаева Кольского научного центра РАН (г. Апатиты)

Защита сосп: г ■ - • 00 мин. на заседании диссертационн ;; диссертаций на соискание ученой сто. чих наук при Институте озероведения "9. Санкт-Петербург, ул. Севастьянов

С диссертацией можно ознакомиться в г*; .о юке ИНОЗа

Автореферат разослан 24 мая 2002 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат биологических наук

Беляков В.П.

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Первичное загрязнение Азовского моря искусственными радионуклидами произошло в результате испытаний ядерного оружия в открытых средах в период 60-х годов. В 1986 году, после аварии на Чернобыльской АЭС, наблюдалось существенное радиоактивное загрязнение ^Зг и шСз экосистемы Азовского моря, которое реализовывалось в двух формах: вследствие радиоактивных выпадений из атмосферы в мае 1986 года от «южного следа» радиоактивного облака и последующее хроническое загрязнение со стоком рек, в основном Дона и Кубани.

Если изучению радиоактивного загрязнения Черного моря было посвящено достаточно много исследовательских программ в рамках международных проектов ЕЭС и МАГАТЭ (ЕЯ05-2000; 2001; №7400/К2/КВ, 11ЕК/2/003), то, несмотря на исключительный практический и теоретический интересы, сведений о межгодовом изменении и характере распределения ^г и шСз в экосистеме Азовского моря крайне недостаточно. В связи с широким использованием рекреационных и биологических ресурсов Азовского моря представляется актуальным исследование радиоактивного загрязнения этой акватории, а также прогнозирование влияния радиоактивного фактора на экосистему моря и население.

Разработка проблемы осуществлялась в рамках программ и планов Российской Академии наук, Российского фонда фундаментальных исследований, проектов: «Сравнительный анализ процессов переноса и накопления радионуклидов в Баренцево-Карском и Азово-Черноморском регионах», «Реконструкция процессов радиоактивного загрязнения экосистем морей Европейской части России», «Оценка величин миграции искусственных радионуклидов по пищевым цепям морских экосистем».

Цель и задачи исследования. Цель настоящей работы заключалась в изучении радиоэкологического отклика Азовского моря на загрязнение долгоживущими радионуклидами эд5г и '"Се.

Основные задачи данного исследования состоят в следующем:

1. Обобщить имеющийся материал о радиоактивном загрязнении Азовского моря и шСз;

2. Определить тенденции поступления и элиминации ^Зг, шСб в море в 1986-2000 гг.;

3. Исследовать современный уровень радиоактивного загрязнения

воды, донных отложений и гидробионтов-Азовсколмлоря;

ЦТМТг .'..ПЧНЛЯ г

НАУЧ: -г Л VI :

Мо-ц. с.■ о >.

"хжт

4. Оценить период пребывания долгоживущих радионуклидов ^г и п?Сз в Азовском море;

5. Оценить дозовые нагрузки, обусловленные ^Бг и П7Сз, на население при потреблении рыбы из Азовского моря по пищевой цепи вода -рыба - человек.

Научная новизна. По мнению автора, диссертация содержит ряд новых выводов. Наиболее существенные из них, состоят в следующем:

1. В широком фактологическом объеме изучено радиоактивное загрязнение Азовского моря долгоживушими антропогенными радионуклидами ^г и 131Сб;

2. Оценены потоки поступления и элиминации ^Эг и П1С$ в период с 1986 по 2000 гг., дающие основу для прогнозирования экологической ситуации в Азовском море;

3. Определен период пребывания эд8г и ШС$ в воде Азовского моря;

4. Рассчитана мощность дозовых нагрузок на население при потреблении рыбы из данного бассейна.

Защищаемые положения:

1, Установлены тенденции изменения содержания долгоживущих радионуклидов «Яг и ШС$ в компонентах экосистемы Азовского моря;

2. Оценены масштабы времени отклика экосистемы Азовского моря на радиоактивное загрязнение '"Эг и шСз после аварии на Чернобыльской АЭС.

Апробация работы и публикации. Основные положения работы, обсуждены на отечественных и международных конференциях: Конференция молодых ученых Мурманского морского биологического института, г, Мурманск, 1999, 2000, 2001, 2002 гг.; Международная конференция «Проблемы радиоэкологии морей Европейской части России (источники, концентрации, влияние на экосистему)», г. Ростов-на-Дону, 2001 г.; П Международная конференция молодых ученых «Понт Эвк-синский И» «Проблемы экологической безопасности Азово-Черномор-ского бассейна: современное состояние и прогноз», г. Севастополь, 2001 г.; IV Съезд по радиационным исследованиям (радиобиология, радиоэкология, радиационная безопасность), г. Москва, 2001 г\ Международная научно-практическая конференция молодых ученых «Проблемы аква-культуры и функционирования водных экосистем», г. Киев, 2002.

По теме диссертации опубликовано 11 работ.

Практическая значимость. Содержащиеся в работе выводы и информация о радиоактивном загрязнении компонентов экосистемы Азов-4

ского моря, могут быть использованы: для организации радиационного мониторинга в водах Азовского моря и оценки последствий мероприятий, связанных с попаданием искусственных радионуклидов в морскую среду региона; для проведения эколого-географической экспертизы при планировании стратегии хозяйственного использования ресурсов Азовского моря; для определения качества рыбной продукции на предприятиях пищевой промышленности; при разработке учебных программ для различного уровня учебных заведений.

Личный вклад автора. Вклад диссертанта в исследования заключался в отборе и камеральной обработке первичного материала; в производстве радиохимического и гамма-спектрометрического анализов, в отделе радиоэкологического мониторинга Радиевого института им. В.Г. Хлопина (г. Санкт-Петербург). Диссертантом проведена количественная оценка поступления и элиминации радионуклидов в Азовском море. Разработана модель, отражающая действие осредненных в крупномасштабном временном и пространственном представлении основных процессов на миграцию и время пребывания ^Sr и !37Cs в Азовском море, Рассчитана мощность индивидуальной дозы, которую может получить население, при потреблении рыбы из Азовского моря.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, приложения и библиографического списка. Общий объем работы 148 страниц, в том числе 30 таблица, 27 рисунков. Библиографический список включает 106 наименований.

Автор считает своим долгом выразить глубокую признательность руководителям диссертационной работы доктору биологических наук В.Н. Егорову и доктору географических наук Д.Г. Матишову. Я искренне благодарна за всестороннюю поддержку в работе над диссертацией академику РАН, доктору географических наук, профессору Г.Г. Матишову. При выполнении диссертационной работы, на различных этапах сбора и обработки материала в экспедиционных, лабораторно-экспери-ментальных и аналитических работах, автору содействовали многие специалисты: д.х.н. профессор Кузнецов Ю.В., к.х.н. Легин В.К., к.х.н. Иванова Л.М., к.ф-м.н. Гритченко З.Г. {Радиевый институт им. В,Г. Хлопина, Санкт-Петербург), к.ф.-м.н. Бердников C.B., к.г.н. Намятов A.A., к.г.н. Ильин Г.В., Моисеев Д.В., Касаткина Н.Е. (ММБИ). Всем им автор выражает свою признательность.

Основное содержание работы

ГЛАВА 1. ИСТОРИЯ, МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 1.1. История исследований

Наиболее ранние исследования радиоактивного загрязнения Азовского моря приходятся на время максимальных атмосферных выпадений продуктов испытания ядерного оружия в 60-е гг. В этот период ИН-БЮМ (г. Севастополь) были проведены исследования содержания wSr в воде Азовского моря.

С 1961 года НПО «Тайфун» (г. Обнинск) ведет наблюдения за концентрацией ад5г в водах рек Дона и Кубани. В 1973 г. специалистами этой организации была проведена экспедиция в Азовское море, в результате которой были отобраны и проанализированы пробы воды на ^Sr. С середины 70-х гг. систематические наблюдения за концентрациями MSr и l37Cs не проводились.

Следующий этап повышенного интереса к исследованию радиоактивного загрязнения Азовского моря связан с аварией на Чернобыльской АЭС 26 апреля 1986г.В 1986-1990 гг. сотрудниками ИНБЮМ были проведены экспедиционные работы, направленные на изучение содержания да5ги 137Cs в компонентах экосистемы Азовского моря. После 1992 г. объем радиоэкологических работ в море значительно снизился. В 19972001 гг. ММБИ (г. Мурманск) провел исследования в Азовском море с целью изучения современного уровня радиоактивного загрязнения моря, а также миграции искусственных радионуклидов по звеньям пищевых цепей. В результате получен уникальный материал по содержанию wSr и mCs в воде, донных отложениях, планктоне, макрофитах, рыбах Азовского моря.

1.2. Материалы и методы исследований

В данной работе используются данные, полученные в результате экспедиционных работ Мурманского морского биологического института, фондовые материалы ИНБЮМ и литературные источники.

Пробы воды для у-спектрометрического анализа составляли 100 л. Отобранные пробы первоначально фильтровались через фильтр «синяя лента», а затем пропускались через сорбент Kalium - Hexacyano - Ferrât - Cobaltat. Пробы воды для определения MSr путем осаждения отбирались в специальные баки объемом 100 л. Радиохимический метод определения MSr в пробах воды основывался на осаждении карбонатов щелочноземельных металлов с последующей очисткой от мешающих ра-

дионуклидов и макрокомпонентов путем осаждения гидроокисей, хро-матов бария, карбонатов и повторного осаждения гидроокиси железа (Чумичев, 1972).

Пробы донных отложений отбирались при помощи дночерпателей «Ван-Вина» и «Океан». Далее производился отбор поверхностного слоя (0-2 см). Для отбора вертикальных колонок в донные отложения вводилась пластиковая труба диаметром 104 мм. Затем колонка разрезалась на слои по 10 мм. Отобранные пробы высушивались при температуре не превышающей 3 05 °С.

Пробы гидробионтов промывались и очищались от загрязнений и налипаний других организмов. Затем проба высушивалась при 100— 110°С, измельчалась и озолялась в муфельной печи при 500-600°С.

Радиохимический и у-с пе ктрометр и ч е ски й анализы проводились в лаборатории НПО «Тайфун» по методикам и на оборудовании, прошедшем интеркалибрацию под эгидой МАГАТЭ (Вена, Австрия).

Гранулометрический анализ проводился в ММБИ с использованием стандартной методики (Кленова, 1948).

ГЛАВА 2. ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ АЗОВСКОГО МОРЯ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ПОВЕДЕНИЕ "»вг И "'С* 2Л. Основные элементы геоморфологии дна н побережья Азовского моря

Азовское море сравнительно небольшой, 38 тыс. км1, шельфовый бассейн со средней глубиной около 8 м и объемом 300 км3. Дня этого водоема характерны различного типа, аккумулятивные береговые формы. На западе это Арабатская стрелка, генетически представляющей собой бар и отчленяющей огромную соленую лагуну - залив Сиваш. Арабатская стрелка сложена почти исключительно ракушечным материалом (до 90%); на севере - ряд кос азовского типа, сложенных кварцевыми песками и ракушей (Зенкович, 1958, Леонтьев и др., 1975). Южное побережье Азовского моря имеет абразионно-бухтовый характер. Выступы берега сложены здесь преимущественно известняками. На северо-востоке Азовского моря, от г. Приморско-Ахтарск до устья р. Дон, преобладают абразионные берега, сложенные лессовидными породами. Почти повсеместно характерно быстрое отступление береговых уступов восточного побережья Азовского моря со скоростью около 6-8 м/год на открытых участках побережья (Есин и др., 1980) и до 3—4 м/год на защищенных от волнения берегах Таганрогского залива.

2.2. Литологические особенности донных отложений

В Азовском море наиболее распространены терригенные отложения - от крупнозернистых песков до глинистых илов. Пески развиты в прибрежной полосе. Илы занимают большую часть акватории, часто близко подступая к береговой линии и "обтекая" подводные возвышенности, в более отдаленных участках. В центральной части водоема и локальных прибрежных зонах содержание пелитовых частиц (менее 0.01 мм) в илах превышает 70 %. Ракушняки и раковинные илы приурочены к восточной части моря (Хрусталев, Ивлива, 1999).

2.3. Основные черты океанографии Среднегодовой водный баланс. Водный баланс Азовского моря играет важную роль в формировании закономерностей динамики солевого состава воды и концентрации искусственных радионуклидов. В целом за многолетний отрезок времени приходная и расходная части баланса моря равны между собой. Наибольшую долю приходной части образуют материковый сток (43 %) и приток веды из Черного моря (40 %). В расходной части преобладают сток азовской воды в Черное море (58 %) и испарение с поверхности (40 %).

Динамика вод. В Азовском море наблюдается круговое течение: массы воды из Таганрогского залива распространяются вдоль северного побережья моря на запад, затем поворачивают на юг, замыкаясь в кольцо. Мощность течений определяется в основном ветром и притоком речных вод (Цурикова, Шульгина, 1964).

Соленость. Средняя соленость в Азовском море равна 10—12 %о. Наиболее опреснена северо-восточная часть моря, где соленость падает до 6-7 %о; южная, относящаяся к району Керчи, имеет наибольшую соленость, до 14 %о (Бронфман, Хлебников, 1985). Особые условия характерны для Сиваша, где соленость возрастает до 100 %о и выше. Это явление обусловлено повышенной засушливостью и интенсивным испарением в заливе.

Температура. Среднегодовая температура воды на поверхности Азовского моря составляет 1 ГС, а ее межгодовые колебания около ГС. Зимой (январь-февраль) она имеет нулевые или близкие к ним отрицательные значения почти во всем море. Лишь в южной его части и у Керченского пролива температура воды положительна (1-3°С). Летом температура по всему морю равна 24-25°С. Различие величин поверхностной и придонной температуры обычно не превышает 1 °С (Цурикова, Шульгина, 1964). 8

Ледовой режим. Климатические условия, связанные с географическим положением моря, его малые размеры, мелководность и низкая соленость обусловливают ежегодное образование льда в Азовском море. Замерзание моря обычно начинается с вершины Таганрогского залива, где лед в обычные зимы появляется в конце ноября - начале декабря, и дальше распространяется к юго-западу (Цурикова, Шульгина, 1964). Вскрытие моря и очищение его ото льда начинается в южных районах моря и устьевых участках рек, где имеются прогретые речные воды.

2.4. Ихтиофауна Азовского моря На основе литературного материала в разделе приводятся данные по видовому составу рыб Азовского моря. Показано среднее потребление рыбы из Азовского моря населением Ростовской области, которое в среднем составляет 10 кг рыбы в год (Статистический ежегодник..., 2000).

ГЛАВА 3. ИСТОЧНИКИ РАДИОАКТИВНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ АЗОВСКОГО МОРЯ Для Азовского моря характерны три основных источника поступления ^Бг и '"Сб: радиоактивные выпадения из атмосферы, поступление радионуклидов с речным стоком, а также с водами Черного моря.

3.1. Радиоактивные выпадения из атмосферы За время испытаний ядерного оружия, в середине 60-х гг. из атмосферы на поверхность Азовского моря выпало в среднем 2,5* 101г Бк м5г (Тимощук, 1970). После аварии на Чернобыльской АЭС, в 1986 г., максимальные выпадения ад5г и шСз из атмосферы на поверхность Азовского моря были зарегистрированы в мае и составляли в среднем 1500 Бк/м1 для шСв и 500 Бк/м2 ^г (Кагтей е1 а1,1999). В результате наших оценок получено, что всего за период с 1986 по 2000 г. на акваторию моря поступило 31.4х1012 Бк то5г и 99.2x10й Бк ШС$.

3.2. Поступление ^г и П7Сч в Азовское море с речным стоком Максимальные среднегодовые концентрации ^Зг в речных водах Дона и Кубани зарегистрированы в 1964 г., соответственно 144 и 60 Бк/м3. После аварии на ЧАЭС наибольшие значения наблюдались в 1987 г. и составили 64 Бк/м3 (р. Дон) и 50 Бк/м1 (р. Кубань) (Чумичев и др., 2001). В настоящее время содержание ^Бг находится в пределах 5.0-9.7 Бк/м1. Средняя концентрация 1"Сз в воде р. Дон и р. Кубань составляла 30 и 25 Бк/м1, соответственно. В последующие годы она устойчиво снижалась, и к 2000 г. достигла 0.7 Бк/м3 (р. Дон) и 0.5 Бк/м3 (р. Кубань) (Матишов и др., 2000).

В результате проведенных нами оценок было получено, что в Азовское море в период с 1986-2000 гг. с речными водами поступило в среднем 15.7х10,г Бк ^Зг, а '"Се - 4.2х1012 Бк. Такая разница в потоках объясняется различием в геохимическом поведении этих радионуклидов. Если ^Зг существенно вымывается с поверхности суши речными водами и мигрирует, в основном, в составе водной фазы, то основная часть шСз, напротив, мигрирует в речной системе в составе взвешенного материала, осаждаясь в донные отложения. Поэтому воды рек обогащены ^г и содержат незначительное количество '"Сб. Также получено, что интенсивность потоков в период с 1986-2000 гг., как ^Зг, так и шСз в 2 раза уменьшалась экспоненциально, с постоянными времени 4.3 и 2.5 года, соответственно.

3.3. Поступление ^Зг и шСз в Азовское море с черноморскими водами Используя данные по концентрации ^Эг и '"Сэ в воде Черного моря (Е§огоу е1 а!., 1999), атакже значения среднегодового объема стока черноморских вод в Азовское море, было получено, что с 1986 по 2000 г. поступило 10.7х1013 Бк ^Эг и 25.2х1012 Бк '"Сэ. Зависимость потоков «"Зг и 137Сз в Азовское море от времени удовлетворительно аппроксимировалась экспоненциальной функцией. Снижение потоков ^Бг и 137Сз из Черного моря в 2 раза происходит каждые 11.5 и 5.0 лет, соответственно.

ГЛАВА 4. ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МИГРАЦИИ ®°5г И 1,тСз В АЗОВСКОМ МОРЕ 4.1. Радиоактивное загрязнение Азовского моря ""Эг 4.1.1. Радиоактивное загрязнение воды Наибольшие концентрации ^Зг в Азовском море наблюдались в середине 60-х гг. (в среднем 168±35 Бк/м5). Стечением времени концентрация ^г в Азовском море снижалась и к 1985 г. уровень *°8г в среднем составлял 14 Бк/м5 (Радиационное состояние..., 1986). После аварии на Чернобыльской АЭС концентрация ^Зг изменялась в диапазоне 33.3-95 Бк/м3, при средней величине 57.1±22.4 Бк/м3. К 2000 г. содержание то3г снизилось до 9.6±3.8 Бк/м3.

Фактический материал показывает, что зависимость концентрации ^Зг от времени после аварии на Чернобыльской АЭС удовлетворительно аппроксимировалась экспоненциальной функцией. Период снижения концентрации в 2 раза составил 6.7 лет. Прогнозируемая концентрация на 2005 г. составила 5.6 Бк/м3.

Также в работе была проведена оценка выноса wSr в Черное море с

1986 по 2000 гг, который составил 20.Ох 1012 Бк. Зависимость изменения потока ®°Sr в Черное море от времени, показала, что период снижения содержания ^Sr вдвое составляет 6 лет.

4.1.2. Радиоактивное загрязнение донных отложений wSr Распределение ™Sr в поверхностном слое. Содержание wSr в 19611962 гг. находилось в пределах от 0.6 до 3.6 Бк/кг сухой массы (с.м.) (Страдомский, 1964, цит. по; Д. Матишов, Г. Матишов, 2001). В 1986—

1987 гт. содержание ^Sr вдонных осадках составляло в среднем 1,37+0,86 Бк/кг с.м., при максимуме 2,89 Бк/кг с.м. и минимуме 0,65 Бк/кг с.м. В настоящее время концентрации9*^ составляют в среднем 2,1+1,'4 Бк/кг с.м.. При этом максимальная величина достигала 5,7+0,5 Бк/кг с.м., а минимальная - 0,21+0,06 Бк/кг с.м.

Что касается особенностей распределения MSr в поверхностном слое донных отложений, то наибольшие значения этого радионуклида приурочены к ракушнякам, а среди терригенных осадков - к мелкоалевритовым илам и пескам, наиболее обогащенных биогенным карбонатом кальция.

4.1,3 Радиоактивное загрязнение гидробионтов "Sr Макрофиты. Концентрация wSr в Zostera marinae и Entheromorpha compressa с 1986 по 1999 г. уменьшалась экспоненциально с постоянными времени 9.4 и 6.3 года, соответственно. В 1999 г, содержание wSr в находилось в диапазоне 0,4-1,4 Бк/кг сыр. м, а в Entheromorpha compressa - 0,2-0,7 Бк/кг сыр, м.; планктон прибрежной зоны на востоке Азовского моря характеризовался невысокими (0.5 Бк/кг сыр. м.) содержанием ^Sr.

Моллюски и раки. Влияние радиоактивных чернобыльских осадков на концентрацию ^Sr в зообентосе Азовского моря не превысило уровни глобальных выпадений. Содержание 90Sr в мидиях (Mytilus gaUoprovinciaîis) составляло 0,4-12,1 Бк/кг сыр. м. в раковине и 1,4 Бк/кг сыр. м. - в теле. В десятиногих раках содержание ^Sr составляло - 0,3-0,4 Бк/кг сыр. м. (Матишов и др., 2000).

Рыбы. Наибольшие значения wSr характерны для периода максимальных радиоактивных выпадений из атмосферы в 60-х гг. Концентрации 93Sr в тканях осетра (Acipenser guîdenstadii) и севрюги (Acipenser stellatus) достигали 0.8 Бк/кг сыр. м. и 0.85 Бк/кг сыр. м., соответственно.

В 1999 г., концентрации wSr составили: в чехоне (Pelecus cultratus) -0.2 Бк/кг сыр, м., в леще (Abramis brama) и судаке (Lucioperca Sandra) 0.12 Бк/кг сыр, м. и 0,1 Бк/кг сыр. м., соответственно (Матишов и др., 2001).

Коэффициенты накопленияНаши исследования показали, что коэффициенты накопления для рыб Азовского моря находится в пределах 8-100, при среднем показателе 40, для морской травы Zostera marinae и водоросли Entheromorpha compressa в среднем составляет 22.5 и 9.3, соответственно. Для единичной пробы фитопланктона, полученной в 1999 году, коэффициент накопления составил 39 единиц.

4.2. Радиоактивное загрязнение Азовского моря l37Cs 4.2.1. Радиоактивное загрязнение воды JS7Cs В 1985 г. концентрация niCs в воде Азовского моря составляла в среднем 2.2 Бк/мэ. После аварии на ЧАЭС концентрации 137Cs в воде Азовского моря, находились в диапазоне от 22.2 Бк/м3 до 148,1 Бк/м\ при среднем значении 70.4±47.0 Бк/м3, В 1987 г. среднее содержания mCs составляло 34,5 Бк/м3, при максимальной величине 259.0 Бк/м3 (в Таганрогском заливе, в районе г. Ейска) и минимальном - 7.4 Бк/м'(в районе Арабатской стрелки). Такое неравномерное распределение радионуклида объясняется суточными выпадениями 137Cs на эту часть моря, что привило к образованию обособленного пятна, а также состоянием поверхности моря, которое предшествовало моменту отбора проб. В настоящее время, значения l37Cs вводе Азовского моря составляют в среднем 2.5±2.4 Бк/м3 (Матишов и др., 2000; 2001).

Имея временной ряд содержания U7Cs в Азовском море в 1986-2000 гг. мы рассчитали период уменьшения концентрации в два раза. Зависимость концентрации ,3TCs or времени удовлетворительно аппроксимировалась экспоненциальной функцией. Было получено, что время снижения концентрации 137Cs в 2 раза, составило 3.0 года, прогнозируемая концентрация на 2005 г. - 0.7 Бк/м3.

Используя данные водообмена через Керченский пролив и среднегодовые концентрации 137Cs в воде Азовского моря, мы оценили суммарный вынос этого радионуклида в Черное море с 1986 по 2000 гг., который составил 17.2хЮ12 Бк. Результаты выполненных расчетов на указанном интервале времени показали, что после аварии на Чернобыльской АЭС поток '"Cs в Черное море снижался экспоненциально, с периодом уменьшения содержания в 2 раза каждые 2.6 пет.

4.2.2. Радиоактивное загрязнение ,3fCs донных отложений Распределение l37Cs в поверхностном слое донных отложений. В 1986 г. содержание l3TCs составляло 22.2 - 59.7 Бк/кг с.м., при средней величине 36,6+24,7 Бк/кг с. м. (Матишов и др., 2000). В 1987 и 1988 гг.

концентрации lî7Cs были выше: при максимальной величине 264 Бк/кг с. м. и минимальном - 22.2 Бк/кг с. м. (Рябинин и др., 1992). Среднее значение в 1987 п составляло 100,9±66,8Бк/кгс. м„ а в 1988-74,0 Бк/кг с. м.

В 1997-1999 гг. концентрация шСз в среднем составляла 29,7+25,4 Бк/кг с. м. Закономерно, что в пробах с содержанием пелитовой фракции 93-95 %, содержания l37Cs составляет 85 - 120 Бк/кг с. м., а в пробах с содержанием пелитовой фракции 10-20 %, количество mCs уменьшалось до 10-20 Бк/кг с.м.

Вертикальное распределение u7Cs в толще донных отложений. В колонке, отобранной нами в 1998 году, на фоне тенденции уменьшения содержания 137Cs с глубиной от 71.6±5.4 Бк/кг с. м. до 1.0±0.5 Бк/кг с. м., хорошо прослеживается два пика: первый в слое 4-6 см -127 Бк/кг с. м. и второй в слое 8-10 см - 88.4 Бк/кг с. м. Можно предположить, что первый пик относится к максимуму радиоактивных атмосферных выпадений, вызванный аварией на Чернобыльской АЭС, а второй пик, вероятнее всего, связан с периодом испытаний ядерного оружия в атмосфере (Матишов и др., 1999; Матишов и др., 2000).

4.2.3. Радиоактивное загрязнение гидробионтов ,37Cs Макрофиты. Наибольшее содержание ,37Cs в июне 1986 г. было зарегистрировано в зеленой водоросли (Chlorophyta), которое достигало -20.7 Бк/кг сыр. м. В морской траве {Zostera marinae) содержание этого нуклида составляло 1,48-7,62 Бк/кг сыр. м., в Entheromorpha compressa -0,8-12,5 Бк/кг сыр. м. К 1999 году концентрация 137Cs снизилась в Zostera marinae в среднем до 0.5 Бк/кг сыр. м., а в Entheromorpha compressa до 0.31 Бк/кг сыр. м.

Моллюски и раки. Содержание 137Cs в мидиях (Mytilus gaîloprovincialis) составляло 0,3-2.4 Бк/кг сыр. м. в раковине и 1,4-1,7 Бк/кг сыр. м. - в теле. В двух проанализированных пробах десятиногих раках, содержание lîTCs составляло 1,8-6,3 Бк/кг сыр. м.

Рыбы. В 1999 году были проанализированы три вида рыб Азовского моря: чехонь (Pelecus cultraius) - 1.22 ±0.04 Бк/кг сыр. м., лещ (Abramis brama) и судак {Lucioperca Sandra) - 0.21 ±0.02 Бк/кг сыр. м. и 0.99±0.08 Бк/кг сыр, м., соответственно.

Коэффициенты накопления. Располагая данными о концентрации 137Cs в воде и в гидробионтах, мы рассчитали коэффициенты накопления для различных представителей морской биоты Азовского моря.

Для пробы фитопланктона (экспедиция, 1999 г.) коэффициент накопления составил 845 единиц. Для морской травы Zostera marinae в

13

среднем мы получили коэффициент накопления - 142.5. Дня водоросли Entheromorpha compressa - 94. Из нескольких видов рыб (чехонь, судак, лещ) коэффициенты накопления составили 370, 300 и 64, соответственно.

43. Оценка перехода 50Sr и ,î7Cs из воды в донные отложения Азовского моря в 1986-2000 гг.

Переход радионуклидов в донный осадок рассчитывался по формуле (International..., 1996):

Cs = CwxKdS xV, (1)

где, Cs - переход радионуклида в донный осадок, Бк/год;

Cw - концентрация радионуклида в воде, Бк/м5;

KrtS - коэффициент концентрирования радионуклида донным осадком;

V - объем осадков, образовавшихся за год, км'/год.

Расчеты депонирования эд3г и шСз в донные отложения показали, что максимальные потоки этих радионуклидов наблюдались в 1987 г. и составляли для MSr - 5.7х1012 Бк, для 137Cs - 40.5х I012 Бк. Всего с 1986 по 2000 г. в донные отложения перешло 111 ЛхЮ12 Бк I37Cs и 44.3x1012 Бк *>Sr.

Аппроксимация результатов расчета депонирования ^Sr и l3,Cs в донные отложения, показала уменьшение этих потоков в 2 раза каждые 6 лет для MSr и 2.6 лет для mCs.

Полученные нами результаты позволяют предположить, что именно механизм сорбции на взвеси сыграл важную роль в выведении радионуклидов из воды в первый период загрязнения моря после аварии на ЧАЭС (конец 1986 и 1987 г.).

4.4. Модель радиоизотопного баланса "'Sr и lî7Cs в Азовском море

Структура модели. В качестве основных процессов, определяющих радиоизотопный баланс 90Sr и 137Cs в Азовском море, мы рассматривали: радиоактивные атмосферные выпадения, речной сток, перенос радионуклидов через Керченский пролив, а также переход радиоизотопов из воды в донные отложения. Для математического описания подобной структуры нами использовалась модель, при шторой радиоизотопный баланс рассчитывается на основе данных ежегодного баланса радионуклидов по соотношению (2):

Q,+1 = Q,+ (Ад + \ + v - ¿V, " (2)

где, Qt+l - содержание радионуклидов в воде Азовского моря в рассматриваемый год, 10,2Бк(ТБк)/год;

О, - содержание радионуклидов в воде Азовского моря в предыдущий год, ТБк/год;

Дд - поступление радионуклидов на поверхность Азовского моря из атмосферы, ТБк/год;

Дд - поступление радионуклидов с речным стоком, ТБк/год;

Л^ - поступление радионуклидов с водами Черного моря, ТБк/год;

Д^ - вынос радионуклидов из Азовского моря, ТБк/год;

^ - депонирование радионуклидов в донные отложения, ТБк/год.

ц- постояная времени распада (1/год).

Численная реализация модели. В рамках данного подхода расчет динамики радионуклидов имеет ряд особенностей и ограничений:

- радиоизотопный баланс ^г и ШС$ рассчитывался для периода с 1986 по 2000 г.;

- было принято допущение, что пул радионуклидов, содержащихся в гидробионтах и во взвеси, не превышал более 1 % их пула в воде, поэтому миграция '"Зг и !37Сз по этим компонентам экосистемы не учитывались;

- поступление в05г и П7С$ в воду в результате ремобилизационных процессов не рассматривалось, так как их интенсивность мала.

Оценка потоков радионуклидов, реализованная по соотношению (2), показала следующие закономерности:

- основным источником поступления м5г и '"Сэ в 1986 г. являлись радиоактивные выпадения из атмосферы в результате аварии на ЧАЭС;

- с 1987 г. наиболее значимая роль в загрязнении Азовского моря ^Бг принадлежит речному стоку;

- наблюдается преобладание переноса ^Эг из Азовского моря в Черное море: разница потоков составила 10 ТБк;

- основным источником поступления '"Сэ являются черноморские воды. Вынос '"Се из Черного моря через Керченский пролив составил в среднем 25.28 ТБк, в то время как из Азовского - 17.2 ТБк;

- главным процессом самоочищения Азовского моря от '"Ск является депонирование этого радионуклида в донные отложения.

Полученные результаты численных экспериментов показали, что в настоящее время запас ^Зг в объеме Азовского моря составляет 3. 1ТБк, при средней его концентрации в воде 9.6 Бк/м3. Суммарное содержание |37Сб в воде Азовского моря составило 1.9 ТБк, при средней концентрации - 2.5 Бк/м3.

Зависимость содержания 908г и '"Сэ от времени аппроксимировалась с достаточной степенью адекватности экспоненциальной функцией. Во всем объеме Азовского моря период уменьшения содержания 4.7 года для '"Эг и 3.1 года для '"Сэ (рис Л).

Рис.]. Динамика содержания ^Sr и l37Cs в объеме Азовского моря в 1986-2000 гг.

Такая динамика снижения потоков ^Sr и l3TCs в объеме Азовского моря привела к достижению уровня, который наблюдался до аварии на Чернобыльской АЭС, через 14 и 12 лет соответственно.

4.5. Оценка дозовыхнагрузок, получаемых населением при потреблении рыбы из Азовского моря

Мощность индивидуальной эффективной дозы для i-oro нуклида рассчитывалась по формуле (International.,1996):

D, = C.w х DCF, х СТ.* x Р. (Зв/год), где (3)

С* - концентрация i-oro нуклида в воде, Бк/м3;

DCF. - коэффициент дозового преобразования для i-ora нуклида, Зв/Бк;

CF(F - коэффициент накопления для рыбы i-oro нуклида, кг/кг;

Р - объем съедаемой рыбы в год, кг/год.

Суммарная мощность эффективной эквивалентной дозы соответственно будет равна:

D^ED, (Зв/год) (4)

Индивидуальные эффективные дозы рассчитывались для периода с 1986 по 2000 гг. и для 3-х групп населения при потреблении 10,30 и 100 кг рыбы в год (Damping..., 1996).

Произведенные нами оценки показали, что максимальные значения дозовых нагрузок, для указанных групп населения наблюдались в 1986 году и составили 2.8x10"*5, 8.6x10"6 и 28.5x10'6 Зв/год, соответственно. В настоящее время дозовые нагрузки не превышают 0.18x10'6, 0.53 x10 s, 1.8x10"^ Зв/год для 3-х указанных групп.

Для сравнения, в работе представлены оценки дозовых нагрузок на население, потребляющее рыбу, выловленную в Баренцевом и Черном морях.

Результаты показывают, что дозовые нагрузки, получаемые населением при потреблении рыбы из Азовского, Черного и Баренцева морей, по критериям МАГАТЭ и России не превышают допустимый уровень безопасных дозовых нагрузок, составляющий 5х 10 3 Зв/год (НРБ, 1999). Кроме того, согласно модели, предложенной Г.Г. Поликарповым, о действии долгосрочного облучения ионизирующей радиацией на все уровни организации живой природы (организмы, популяции, сообщества, экосистемы, биосферу), полученные значения дозовых нагрузок приходятся на «Зону радиационного благополучия» (Polikarpov, 1998).

Выводы

1. В результате анализа фактического материала было установлено, что в 60-е годы радиоактивное загрязнение Азовского моря ^Sr произошло, главным образом, в результате радиоактивного выпадения продуктов испытания ядерного оружия. На поверхность моря выпало 2.5 ТБк wSr.

2. После аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 г. максимальные поступления из атмосферы "Sr и l3TCs на поверхность Азовского моря были зарегистрированы в мае и составляли в среднем 1500 Бк/м2 для mCs и 500 Бк/мг для ^Sr. Рассчитано, что всего в период с 1986 по 2000 г. на поверхность моря из атмосферы выпало 99.2 ТБк wCs и 32 ТБк ^Sr.

3. Результаты моделирования показали, что после уменьшения радиоактивных выпадений из атмосферы, с 1987 г., основным источником поступления ^Sr в Азовское море является речной сток. С апреля 1986 по 2000 гг. с речными водами Дона и Кубани было внесено 15.7 ТБк ^Sr, с периодом уменьшения потоков в 2 раза через 4.5 года.

4. Выяснено, что пресные речные воды (обедненные mCs) вносят не значительную часть этого радионуклида в море - 4,2 ТБк (1986-2000 гг.), в то время как более соленые, обогащенные 137Cs черноморские воды являются главным источником поступления этого радионуклида в Азовское море. Рассчитано, что в период с 1986 по 2000 гг. из черноморского бассейна в экосистему Азовского моря поступило 25.2 ТБк 137Cs, с постоянной времени снижения потока вдвое каждые 5 лет.

5. Максимальные концентрации ^Sr в воде Азовского моря наблюдались в середине 60-х гг., в период испытаний ядерного оружия, и достигали в среднем 168 Бк/м3. После аварии на Чернобыльской АЭС наиболее высокое содержание ®°Sr и 137Cs в воде моря были характерны для 1986-1987 гг., затем наблюдалось снижение концентраций по экспоненциальному закону в 2 раза каждые 6.7 и 3 года, соответственно.

6. При сопоставлении содержания ,3TCs с величиной содержания пе-литовой фракции (менее 0.01 мм) в донных осадках было обнаружено, что максимальные величины содержания !"Cs (80-120 Бк/кг сухой массы) соответствуют максимальным величинам содержания пелитовых илов и зависимость между этими величинами линейна. Для wSr такой зависимости не обнаружено.

7. В результате оценки депонирования, установлено, что в донные отложения, с 1986 по 2000 г., перешло 44.3 ТБк и 111.1 ТБк ,37Cs. Следовательно, именно механизм сорбции на взвеси сыграл важную роль в выведении радионуклидов из воды в первый период загрязнения моря после аварии на ЧАЭС (конец 1986 и 1987 г.).

8. Показано, что после интенсивного радиоактивного загрязнения Азовского моря, в 1986 году, воздействие гидрофизических, биохимических процессов и радиоактивный распад, приводят к экспоненциальному во времени снижению содержания wSr и 137Cs. Период снижения содержания в объеме моря в 2 раза составил для ^Sr-5 лет, для ilTCs-3.1 года.

9. Результаты моделирования позволили заключить, что время пребывания в Азовском море не превышает 25 и 15 лет соответственно. Сравнение этих оценок со «временем жизни» атомов wSr и шСз, которое составляет в среднем 150 лет, показало, что протекающие в Азовском море процессы самоочищения, снижают время пребывания этих радионуклидов в воде моря приблизительно в 6 и 10 раз соответственно.

10. Установлено, что реакция экосистемы Азовского моря на радиоактивное загрязнение после аварии на ЧАЭС имела масштаб времени для воды - 14 лет для wSr и 12 лет для ,3TCs.

11. Оценка дозовых нагрузок, обусловленных wSr и n7Cs, на население, по пищевой цепи вода - рыба - человек, показала, что по критериям МАГАТЭ и России полученные величины не превышают допустимый уровень безопасных дозовых нагрузок, составляющий 5x10° Зв/год.

Основные публикации по теме диссертации:

1. Радиоактивное загрязнение среды. В кн.: Закономерности океанологических и биологических процессов в Азовском море, Апатиты: изд. КНЦ РАН, 2000. С. 369-398. (Соавт.: Матишов Г.Г., Магишов Д.Г., Намя-тов A.A., Рисик Н.С.)

2. Радиоактивное загрязнение Азовского моря Sr-90 и Cs-137 // Материалы международной конференции «Проблемы экологии Азово-Чер-номорского бассейна: современное состояние и прогноз», Севастополь, 2001. С. 73.

3. Антропогенные радионуклиды в воде и биоте Азовского моря. В кн.: Среда, биога и моделирование экологических процессов в Азовском море. Апатиты: изд. КНЦ РАН, 2001. С. 187-195. (Соавт.: Матишов Г.Г., Матишов Д.Г., Намятов A.A.)

4. Оценка дозовых нагрузок, получаемых населением при потреблении рыбы из Азовского моря // Материалы международной конференции «Проблемы радиоэкологии морей европейской части России: источники, концентрации, влияние на экосистему», Ростов-на-Дону, 2001. С. 49-50. (Соавт.: Магишов Г.Г., Матишов Д.Г., Намятов A.A.)

5. Радиоактивное загрязнение Азовского моря // Материалы IV Съезда по радиационным исследованиям, Москва, 2001. С. 553. (Соавт,: Матишов Г.Г., Матишов Д.Г., Намятов A.A.)

6. ^Sr и '"Cs в Азовском море после аварии на Чернобыльской АЭС // ДАН. 2002. Т. 383. № 5. С. 1-3. (Соает.: Матишов Г.Г.)

7. Исследование структуры потоков радионуклидов в Азовском море (1986-2000 гг.). В кн.: Экосистемные исследования Азовского моря и побережья. Апатиты: изд. КНЦ РАН, 2002. (Соавт.: Бердников C.B.)

1И 1 0 7 6

Отпечатано в издательском центре Мурманского морского биологического института РАН, г. Мурманск, ул. Владимирская, 17, теп, 56-03-16. Тираж 100 экз.