Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Особенности миграции тяжелых естественных радионуклидов в горно-таежных ландшафтах Южной Якутии

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Особенности миграции тяжелых естественных радионуклидов в горно-таежных ландшафтах Южной Якутии"

1 о

ОД

/ , шпп '-353

На правах рукописи УДК 574:539.16.047+504.064:621

Собакин Петр Иннокентьевич

ОСОБЕННОСТИ МИГРАЦИИ ТЯЖЕЛЫХ ЕСТЕСТВЕННЫХ РАДИОНУКЛИДОВ В ГОРНО-ТАЕЖНЫХ ЛАНДШАФТАХ ЮЖНОЙ ЯКУТИИ

03.00.16 - ЭКОЛОГИЯ (Ф^

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Екатеринбург 1998

Работа выполнена в Институте экологии растений и животных УрО РАН и Институте биологических проблем криолитозоны СО РАН

Научный руководитель: доктор биологических наук

Молчанова И. В.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук

Безель B.C.

доктор геолого-минералогических наук, профессор Макаров В.Н.

Ведущая организация: Якутский государственный университет им. М.К.Аммосова

Защита состоится "Щ_п _ 1998 г. в часов на

заседании специализированного Совета Д 002.05.01 в Институте экологии растений и животных Уральского отделения РАН по адресу 620144, Екатеринбург, ул.8 Марта. 202.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института экологии растений и животных Уральского отделения РАН.

Автореферат разослан сщр&лЯ 1998 г.

Ученый секретарь специализированного

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время Южная Якутия является эдним из наиболее развитых в промышленном отношении регионов Восточной Сибири. На ее территории разрабатываются крупные месторождения золота, слюды, угля и других полезных ископаемых (Коноровс-шй,1984; Шиндлер,Чевычелов,1992). В связи с интенсивным промышленным освоением Южных районов Якутии в последние три десятилетия IX население значительно увеличилось. Однако, радиационная обста-!овка данного региона требует пристального внимания специалистов. Зыходы на дневную поверхность гранитов и метаморфизованных горных тород с высоким содержанием тяжелых естественных радионуклидов (ТЕРН) повышают уровень гамма-фона до сотен мкр/ч (Припузо-за, 1993). Напряженность радиационной обстановки территории Южной Якутии усугубляется еще тем, что на ее территории проводилась разработка монацитоносной россыпи и велись геологические изыс-<ания урановых руд. В результате, на дневную поверхность были увлечены и складированы в отвалы массы горных пород, обогащенные ГЕРН (Цыганов,1993). В настоящее время такие отвалы являются бес-сонтрольным дополнительным источником поступления радионуклидов в фиродные ландшафты (Колтин,1993; Михайловская и др.,1996). Создавшаяся в регионе радиационная обстановка и послужила основанием 1ля выполнения данной диссертационной работы.

Целью диссертационной работы является изучение особенностей лиграции и распределения тяжелых естественных радионуклидов (232ТЬ, 238и и 2261?а) в компонентах горно-таежных ландшафтов (горная порода, вода, донные отложения, почва и растения) Южной Якутии в условиях техногенного загрязнения. Для выполнения наме-«нной цели было необходимо:

- определить уровни содержания 232Тй, 238ии 2261?ав основных сомпонентах горно-таежных ландшафтов, расположенных в непосредственной близости от источников загрязнения;

- изучить особенности миграции ТЕРН по вектору стока водных артерий, дренирующих техногенно загрязненные территории, и акку-1уляцию их в донных отложениях водотоков;

- выявить основные закономерности распределения 232ТЬ, 238и и !26Иа в почвенных профилях нативных и техногенно загрязненных участков ландшафта;

- оценить содержание основных физико-химических форм радионуклидов в мелкоземе и почве техногенных участков ландшафта;

- оценить запас 232ТЪ, 238и и 226Иа в основных компонента* горно-таежных ландшафтов в зоне техногенного загрязнения;

- выделить виды растений и отдельные компоненты ландшафтов, которые могут быть использованы в качестве индикаторов радионук-лидного загрязнения.

Научная новизна. Впервые исследованы особенности миграции ъ распределения 232т, 238и и 226 Иа в горно-таежных ландшафтах Южной Якутии в условиях техногенного загрязнения территории. Выявлены особенности миграции ТЕРН с поверхностными водами и установлены закономерности распределения их в почвенном профиле подбу-ров. Показано, что содержание в мелкоземе и почве подвижных соединений ТЕРН определяет их доступность высшим растениям. Вскрыть особенности накопления ТЕРН некоторыми представителями мхов.

Защищаемые положения. I. Из отвалов горных пород 238и мигрирует с поверхностными водами преимущественно в виде водорастворимых соединений , а 232Т11И 2261?ав составе твердого стока.

2. Техногенное загрязнение ландшафта обуславливает особый тш распределения ТЕРН в почвенном профиле - техногенно-аккумулятив-ный - характеризующийся преимущественной аккумуляцией радионуклидов в слое лесной подстилки и верхнем органогенном горизонт* почв.

3. В корнеобитаемом слое субстратов (мелкозем, почва) техно-генно-загрязненной территории 238и и 226Иа находятся преимущественно в форме фиксированных соединений, что снижает их доступность растениям по сравнению с участками ландшафтов, не испытывающими техногенного воздействия.

Практическая значимость. Результаты исследования могут быт! использованы при разработке мероприятий по охране окружающей среды от радионуклидного загрязнения, а также при проведении радиоэкологического мониторинга горно-таежных ландшафтов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работ] докладывались: на конференциях молодых ученых ЯФ СО РАН (Якутск 1992; 1993; 1994; 1996), на 11-й международной конференции "Ради обиологические последствия ядерных инцидентов" (Москва, 1994), н Всероссийской конференции "Антропогенное изменение почв Севера индустриально развитых странах" (Апатиты, 1995), на Всероссийско:

конференции "Механизмы поддержания биологического разнообразия" (Екатеринбург, 1995), на III съезде по радиационным исследованиям (Москва, 1997).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ.

Обьем и структура работы. Диссертация изложена на 12'/ страни-дах машинописного текста и состоит из введения, обзора литерату-зы, 4 глав, выводов и списка литературы. Иллюстрирована 12 рисунками, 16 таблицами. Список литературы включает 240 источников, из 1их 29 иностранных авторов.

ГЛАВА I. МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследуемая территория расположена в центральной части Ал-шнского нагорья (Южная Якутия) в полосе средне высоких гор с аб-юлютными отметками 600-1200 м над уровнем мгря. Район характери-¡уется холодным гумидным климатом, преобладанием верхне и средь-'аежной растительности и прерывистым распространением многолетней [ерзлоты. Исследования проводили, на участках урановых и ториевых гесторождений, подвергнутых разведке и разработке. Один из них [аходится в зоне Еерхнетаежного редколесья в верховьях р.Василь-¡вка, где складировались песчаные отвалы, обогащенные торием, ¡тор-ой, примыкающий к отвалу горных пород, обогащенных ураном и >адием, расположен в среднетаежной тайге, в береговой зоне ручья ¡падающего в р.Курунг. В качестве контрольного был выбран участок окрестностях ручья впадающего в р.Непроходимый, удаленный от ервых' двух на расстояние 120 и 8 км соответственно и не испыты-ающий техногенного воздействия.

Пробы воды, донных отложений и мелкозема береговых зон водо-оков отбирали у подножья отвалов, а также на разном удалении от твалов вниз и вверх по течению рек и ручьев. В зоне воздействия твалов отбирали образцы почв и растительного материала. Почвен-ые образцы отбирали из разрезов с привязкой к генетическим гори-онтам. Древесные и кустарниковые растения спиливали у основания твола и разделяли на ветви и листья (хвоя). Пробы мелкозема, онных отложений и почв растирали, а растения высушивали до воз-ушно-сухого состояния и озоляли при t-500° С. Для определения со-ержания 232Th в приготовленных образцах использовали фотометри-еский, 238U - люминесцентный, а 226Ra -эманационный методы. При

определении урана в воде применяли модифицированный вариант люминесцентного метода - лазерно-люминесцентный.

Для изучения физико-химических форм 238и и 226Иа навеску мелкозема, почвы (усредненную по почвенным горизонтам) и донных отложений последовательно обрабатывали дистиллированной водой, ацетат-аммонийным буферным раствором (рН-4,8) и 1Н НС1 при соотношении жидкой и твердой фазы 1:5. Разница между валовым и суммарны! содержанием соединений, перешедших в указанные вытяжки, характеризовала количество фиксированных форм радионуклидов.

Химический анализ почв и водных проб проводили с использованием методик, принятых в почвоведении и гидрохимии.

ГЛАВА 2. МИГРАЦИЯ ТЯЖЕЛЫХ ЕСТЕСТВЕННЫХ РАДИОНУКЛИДОВ С

ПОВЕРХНОСТНЫМИ ВОДАМИ В УСЛОВИЯХ ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ

В этой главе приводятся данные, характеризующие особенност: миграции ТЕРН с водами поверхностных водотоков, дренирующих дв. техногенно загрязненных участка горно-таежных ландшафтов Южно: Якутии.

2.1.Миграция естественных радионуклидов с поверхностными во дами и аккумуляция их в донных отложениях водотоков. Результат радиоэкологических исследований показали, что содержание 232Т11 воде р.Васильевка на участке техногенного загрязнения удерживает ся на фоновом уровне, не превышающем 1х1СГ7 г/л. В то же врем содержание 232та в донных отложениях и мелкоземе береговой зон реки варьирует в широких пределах (рис.1). Так, у подножия отвал концентрация 232Тй в мелкоземе и донных отложениях реки составля ет 52-105 мг/кг. По вектору стока реки она постепенно снижается на расстоянии 1000 м от отвала приближается к уровню, характерно му для контрольного участка. Можно заметить, что наиболее высока концентрация тория обнаруживается, как правило, в песчаных отлс жениях реки. Причем, максимальных значений она достигает в проба отобранных, против вектора стока. Видимо, на этом участке в кг кой то мере присутствует не отработанная часть монацитовой песчг ной россыпи. Водное рассеяние микроколичеств этой части россыг наряду с выветриванием горных пород, слагающих отвал, приводит обогащению торием донных, и в особенности песчаных отложею реки.

мг/кг 40СН

3001059075 60 45Н 30-15Н

о

- 5 -

Техногенно-загрязненный

Контрольной

1 2 3

ггл

350 Подножие 350 700 1050

отвала Расстояние от отвала,м

Рис.1. Содержание 232Th в донных отложениях и мелкоземе береговой зоны реки.

1 - мелкозем береговой зоны; донные отложения реки: 2 - илистые

3 - песчаные

Стрелкой указан вектор стока

В отличие от 232Th, содержание 238U в воде ручья, дренирующего подножие отвала зависит от места отбора проб (рис.2). Так, в непосредственной близости от отвала оно примерно на два порядка зеличин выше, чем в контроле. По мере удаления от отвала по век-гору стока содержание урана в воде ручья, хотя и снижается, однако и на расстоянии 1400 м от подножия отвала £ 2-'/ раза превышает /ровни контрольных значений. Исследования,.проведенные в паводковый и меженный периоды, выявили в отдельных случаях увеличение

содержания

238

U в паводковой воде связанное с обогащением ее во-

цорастворимым органическим веществом. Анализ проб мелкозема береговой зоны и донных отложений ручья показал, что максимальное содержание урана в этих образцах приурочено к подножию отвала. На засстоянии, превышающем 350 м от подножия по вектору стока содер-кание этого элемента в мелкоземе, а на большем удалении и в дон-1ых отложениях приближается к уровню контрольных значений.

Концентрация 2261?а в воде ручья техногенно-загрязненного участка, находится на фоновом уровне (1x10"12 г/л). Химический

1

11X10"7

700т 600500400300;. 8<У

706050403020100

Г/л

Техногенно-загрязненный

Контрольный

Ю

Г

вп

350 Подножие 350 700 1050 1400 отвала Расстояние от отвала, м

Рис.2. Содержание 238и в воде ручьев.

Период наблюдений:

т - меженный

О _

паводковый Стрелкой указан вектор стока анализ водных проб, отобранных на данном участке показал, что в

анионном составе воды преобладает сульфат-ион. Как известно, высокое содержание этого аниона в воде препятствует образованию водорастворимых, миграционно способных форм радия,вызывая соосажде-ние его с сульфатами бария и кальция (Титаева, Таскаев, 1983). Действительно, зона обогащения 226Еа мелкозема и донных отложений ручья приурочена к подножию отвала, где отмечается и максимальное содержание в воде сульфат-иона.

2.2.Прочность фиксации радионуклидов в донных отложениях. Для изучения прочности закрепления радионуклидов в донных отложениях использовали образцы, контрастные по физико-химическщ свойствам: песчаные, песчано-илистые и илистые. Результаты исследования показали, что сумма кислоторастворимых и фиксированию

форм 238и и 226Ка в донных отложениях изменяется от 83 до 91 %. При этом в песчаных отложениях доля прочнозакрепленных форм радионуклидов несколько меньше, чем в илистых.

2.3. Запас техногенных естественных радионуклидов в воде, донных отложениях и межоземе береговой зоны водотоков. Как было показано выше содержание техногенных естественных радионуклидов в исследованных компонентах водотоков изменяется с увеличением расстояния от отвала по вектору стока. Эти изменения описываются экспоненциальной зависимостью. Имея это в виду рассчитали запас техногенных радионуклидов (Мт) в различных компонентах водотоков и их береговой зоны используя следующее уравнение:

х

мт = (с„-сф) -р ч -ь •/ е_чх ах

о

где С0 - содержание радионуклида в воде, донных отложениях и мелкоземе у подножия отвала на техногенном участке, мг/кг; Сф - фоновое содержание радионуклида, мг/кг; р - плотность воды и соответствующих компонентов, г/м3; I - ширина водотока и береговой зоны, м; й - мощность слоя воды, мелкозема, ила и песка, м; х -расстояние от подножия отвала по вектору стока, м; q - коэффициент, характеризующий градиент изменения концентрации радионуклида с расстоянием по вектору стока от отвала, м-1; е - экспонента. Расчеты показали, что техногенный запас 232ТЬ в воде, донных отложениях и мелкоземе береговой зоны водотоков в ореоле водного рассеяния составляет 402030 г (1,6-109 Бк), 238и - 45998 г (5,6 • 10® Бк), а 226Ра - 0,0022 г (8,0 •107 Бк); наибольшее их количество (61-88%) содержится в донных отложениях.

ГЛАВА 3. МИГРАЦИЯ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТЯЖЕЛЫХ ЕСТЕСТВЕННЫХ РАДИОНУКЛИДОВ В ПОЧВЕННО-РАСТИТЕЛЬНОМ ПОКРОВЕ В УСЛОВИЯХ ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ

В настоящей главе приводятся данные, характеризующие распределение 232ТЬ. 238и и 226Иа в почвах и накопление этих элементов растениями в условиях техногенного загрязнения территории.

3.1.Распределение естественных радионуклидов в почвенном профиле подбуров. Радиоэкологическим обследованием были охвачены почвы-подбуры - имеющие наиболее широкие распространение в таеж-

ных зонах Южной Якутии. Почвенные разрезы закладывали в окрестностях отвалов горных пород, обогащенных естественными радионуклидами. Контрольные разрезы, приуроченные к тому же типу почв, находились вне зоны воздействия отвалов. Полученные результаты показали, что на участке ландшафта не испытывающем техногенного загрязнения, содержание 23гТЬ, 238и и 2261?а в почвенном профиле подбура приближается к количествам, характерным для почв других регионов страны. В почвенном профиле подбура торий и уран распределяются по элювиально-иллювиальному типу, с тенденцией к выносу из верхних органогенных горизонтов и иллювированию в горизонте Е (рис.3). Для этих радионуклидов отмечено тесная положительная корреляционная зависимость (г=0,83; Р=0,95) между их содержанием в генетических горизонтах и содержанием в них оксида железа, отражающая геохимическую связь между микроколичествами радионуклидов и их неизотопным макроносителем. Для радия характерен не диф-ференцированый тип распределения в почвенном профиле. На участка? примыкающих к отвалам горных пород, максимальные концентрации 232ТГ1. 238и и 226Иа в 10-100 раз превышающие количества нуклидоЕ в почвах контрольного участка приурочены к верхним органогеннь» горизонтам (Рис.3). На глубине 16-20 см содержание всех трех элементов резко снижается и в горизонте ВС приближается к уровни контрольных величин. Показано, что накопления ТЕРН в верхней части почвенного профиля, обусловленное техногенным привносом вещества, формирует особый - техногенно-аккумулятивный тип распре-

Торий-232 Уран-238 Радий-226

Рис 3 Распределение радионуклидов в профиле подбура на кон сольном (1) и техногенно-загрязненных участках (2)

деления радионуклидов.

3.2. Поступление естественных радионуклидов в растения. На

техногенно-загрязненных территориях содержание естественных радионуклидов в исследованных видах высших растений зависит от места их произрастания. Так, содержание ТЕРН в представителях древесных, кустарниковых и травянистых растений, собранных вблизи отвалов, в 2-84 раз выше, чем в контроле и составляет для 232№ -0,4-2,2, для 238и - 2-8, а для 226Иа - 38-3383x10"7 мг/кг золы. По мере удаления от отвала в соответствии с изменением содержания урана и радия в субстрате изменяется и их концентрация в надземных органах ольховника кустарникового (табл.1). Однако, это снижение не прямо пропорционально, вследствие чего коэффициенты биологического поглощения (КБП), рассчитанные как отношение концентрации элементов в золе растений к их концентрации в

Таблица 1

Валовое содержание 238и и 226Иа и коэффициенты биологического поглощения (в скобках) для надземной массы ольховника кустарникового

1 1 Расстоя- Мелкозем, мг/кг 1 Ольховник кустарниковый, |

ние от воздушно- сухой мг/кг золы

I отвала. массы

1 1 1

| м Листья Ветви I Листья I Ветви | 1 |

1 238ц 1 2261?а, 23 1 226 Иа, 1

пхю-7 I пхЮ"7 |

| 70 80+2,9 | 472+5,0 5 1 1 7 I 329 1 1 1 524 |

(0,06) 1(0,08) 1 (0,69) 1 (1,11) 1

I 200 30+2.9 | 100+5,0 2 1 3,3 I 120 1 192 |

(0,06) 1(0,13) 1 (1,20) 1(1.92)|

I 400 1,4+0.1 | 5, 1+0, 6 1,0 1 1.4 1 15 1 30 |

1 | (0.71) 1(1.00) 1 (2,94) | 1(5,88) | | |

субстрате, возрастают по мере снижения содержания нуклидов в кор-необитаемом слое мелкозема. Такой характер изменения величин КБП может указывать на относительно большую подвижность и доступность 238и и 2261?а растениям, произрастающим условиях кларкового содер-

жания этих элементов в среде. Аналогичные данные получены для почв и других исследованных видов растений. Предполагая, что отмеченные особенности накопления радионуклидов связаны с различной прочностью закрепления в субстратах, определили содержание в них водорастворимых, обменных, кислоторастворимых и фиксированных форм. Из данных табл.2 видно, что содержание водорастворимого урана и радия в мелкоземе не велико и практически не зависит от места их нахождения. В большей степени изменяется содержание остальных форм радионуклидов. Как уран, так и радий находятся в мелкоземе преимущественно в фиксированной форме, относительное содержание которой снижается по мере удаления обследуемых участков от отвала, а содержание обменных и кислоторастворимых форм, наоборот, возрастает. Для интегральной характеристики подвижности нуклидов в слое мелкозема использовали коэффициент подвижности (КП), представляющий отношение содержания доступных для растений и прочнозакрепленных форм. Видно, что в соответствии с возрастанием содержания подвижных форм КП увеличивается для 238и в 3 ра-

Таблица 2

Содержание физико-химических форм радионуклидов в мелкоземе горных пород, % от валового

Радионуклид

Расстояние от отвала, м

Форма радионуклида

водорастворимая

обменная

кислоторас-творимая

фиксированная

226

гга

70 200 400

70 200 400

О, 3+0, 04 О,3+0,04 О, 2+0,10

0, 8+0,10

1, 0+0, 20 О, 8+0, 25

7+1,7 10+1,7 14+1,6

10+1.0 15+1.5 22+2, 7

11+2, О 18+2,О 23+3, 4

16+0,5 25+1,5 40+2, 7

81,7+3, 1 71,7+3,11 62,8+3,01

73, 2+0,!

59,0+1,81

38,2+3,01

за, а для 226Иа - в 5 раз. Следовательно, подвижность радионуклидов существенно возрастает при переходе от субстратов, обогащенных радионуклидами, к субстратам с кларковым их содержанием. Сопоставляя данные табл.1 и 2, можно заметить соответствие между

характером изменения КБП и содержанием подвижных форм радионуклидов. Корреляционный анализ не выявил, однако, статистически достоверной связи между содержанием обменных форм урана в мелкоземе и величинами КБП. В то же время отмечается тесная корреляционная связь (г=0,91; Р=0,95) между содержанием его кислоторастворимой формы и накоплением в надземной массе ольховника. Ранее было отмечено, что важная роль этой формы в биологической доступности растениям урана, обусловлена ее доминированием в составе подвижных соединений (Кочан,Таскаев, 1987). Накопление 226Ra растениями из мелкозема определяется как присутствием обменных (г=0,95; Р=0,95), так и кислоторастворимых (г=0,92; Р=0,95) соединений.

3.3. Накопление естественных радионуклидов мхами. Существенным компонентом лесных биогеоценозов, задерживающим радионуклиды, является моховой покров. Для изучения особенностей накопления ТЕРН представителями моховой растительности были исследованы некоторые виды, относящиеся по месту обитания к разным экологическим группам. Анализ образцов моховой растительности собранных в окрестностях отвалов показал, что содержание в них 232Th составляет - 10-390, 238U - 25-21400. a 226Ra - 70-1254х10"7 мг/кг, что на один-rtgit) порядка величин выше, чем в контроле. В табл. 3 приведены данные характеризующие содержание 238U в некоторых видах мхов, произрастающих на участке с уран-радиевым загрязнением. Видно, что напочвенные мхи контрольного и опытного участков, произрастающие на субстратах с близким содержанием урана, аккумулируют разное его количество. Так; на техногенно-загрязненном участке содержание 238U в 20-40 раз выше, чем в контроле. Имея в виду близкое содержание урана в мелкоземе контрольного и опытных участков, можно полагать, что отмеченные превышения обусловлены дополнительным поступлением радионуклида из отвала в виде аэрозольных выпадений, а также с поверхностным жидким и твердым стоком. Действительно, проведенные расчеты показали, что напочвенные мхи поглощают из субстрата урана и тория 2-4, а радия 18-20 % от общего их содержания в растениях. Обращает внимание высокое содержание урана в представителях водных видов мхов, произрастающих на субстратах обогащенных этим элементом (табл.3). Так, в видах -Calliergon sarmentosum и Sphagnum teres, приуроченных к заливаемым участкам береговой зоны водотока, концентрация урана на два порядка величин выше, чем в видах Rhytidium rugozum и Pleurozium

эсЬгеЬег!, формирующихся в более сухих местообитаниях. Аналогичные данные получены для 23гТЬ и 2261га. Проведенные специальные исследования также подтвердили, что мхи, произрастающие во влажных местообитаниях, в условиях техногенного загрязнения, накапливают ТЕРН не столько за счет их поглощения из твердого субстрата, сколько за счет поглощения из жидкой фазы.

Учитывая способность мхов удерживать аэрозоли и микроколичес-

Таблица 3

Содержание 238и в золе мхов (1) и субстратах (2) , мг/кг воздушно

сухой массы

Экологическая

группа

Вид

Часть побега

Участок

Техногенно загрязненный

1

Контрольный

Наземные

зеленые мхи

Rhytldlura rugozum

Зеленая

25+2

О, 8+0,21

1,4+0,3

1,2+0,3

Бурая

40+5

1,3+0, 10

Pleurozium schreberi

Зеленая

30+3

О, 9+0, 08

1,5+0,4

1,3+0,2

Бурая

50+4

1,2+0,09

Водные мхи

Sphagnum teres

Зеленая

16600+87

0,7+0,20

161+8,0

1.4+0,4

Бурая

19000+110

1,2+0,12

Calliergon sarmentosum

Зеленая

18000+50

0,8+0, И

135+9,0

1,2+0,3

Бурая

21400+100

1,5+0,32

тва веществ мигрирующих в составе водного стока, оценили масштабы ветрового и водного рассеяния радионуклидов из источников загрязнения. Для этого в преобладающем направлении ветрового рассеяния радионуклидов, на разном расстоянии от уран-радиевого отвала были

отобраны пробы напочвенного мха Rhytidium rugozum. Для прослеживания водного пути перемещения радионуклидов из ручья, протекающего в непосредственной близости от отвала, по вектору стока отбирали пробы мха Calllergon sarmentosum. Проведенный анализ показал, что на расстоянии 350 м от отвала содержание естественных радионуклидов в напочвенном мхе выходит на уровень фоновых величин, а в водном мхе концентрации радионуклидов остаются повышенными даже на расстоянии 1400 м от отвала. Можно полагать, что ветровое рассеяние радионуклидов из отвалов, если судить о нем по содержанию микрокомпонентов в наземных видах мхов, составляет несколько сот метров, а ореол водной миграции превышает 1000 метров. В целом, высокая аккумулирующая способность мхов по отношению к микроколичествам ТЕРН делают эту группу растений важным объектом при организации радиоэкологического мониторинга.

3.4.Запас техногенных радионуклидов в почвенно-растительном покрове. Информация о содержании ТЕРН в различных компонентах наземных экосистем, примыкающих к техногенным отвалам, и выявленные особенности их пространственного распределения позволили оценить запас техногенных радионуклидов в почвенно-растительном покрове обследуемых территорий. Методика таких расчетов включала выделение зон с разным уровнем техногенного загрязнения, который оценивали по величине гамма-фона. Первая зона с уровнем экспозиционной дозы гамма-излучения 300-40 мкр/ч охватывала расстояние от 0 до 150 м от отвала, а вторая - с уровнем гамма-фона 40-15 мкр/ч располагалась на удалении 150-300 м. Зная плошадь выделеннных зон и содержание радионуклидов в воздушно-сухой массе доминирующих растений и почве (по всей глубине почвенного профиля) каждой зоны оценивали запас в них техногенных радионуклидов. Расчеты показали, что в ореоле рассеяния суммарный запас техногенного 232Th - в почвенно-растительном покрове составляет 9375 г (3,7х107 Бк), 238U - 51985 г (6, ЗхЮ8 Бк), a 226Ra - 0,00149 г (5,4х107 Бк). При этом более чем 99 % от запаса техногенных ТЕРН содержится в почве.

ГЛАВА 4. РАДИОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРИ ПРОМЫШЛЕННОМ ОСВОЕНИИ ТЕРРИТОРИИ

В данной главе рассматриваются особенности организации ради-

оэкол^*лческого мониторинга и дезактивации территорий, подвергающихся радионуклидному загрязнению в условиях горно-таежных ландшафтов Южной Якутии.

4.1. Вклад бета-излучения во внешнюю дозу облучения растений.

Техногенное радионуклидное загрязнение территорий, приводит к увеличению дозы облучения растений. При внешнем облучении лучевые реакции, наряду с гамма-квантами, вызываются и бета - частицами. Оценка вклада бета-излучения во внешнюю дозу облучения растений показал, что вклад бета-излучения в суммарную экспозиционную дозу на расстоянии 5 см от дневной поверхности составляет 30-38, на расстоянии 30 см 20-26, а - 100 см - лишь 8-15 % от суммарной внешней дозы облучения. Это означает, что вклад бета-излучения в суммарную внешнюю дозу облучения для травянистых растений выше, чем для древесных и кустарниковых видов, у которых вегетативная масса и генеративные органы расположены относительно высоко от поверхности корнеобитаемого слоя.

4.2. Радиационный мониторинг горно-таежных ландшафтов. Возрастающие масштабы загрязнения окружающей среды техногенными радионуклидами на территории Южной Якутии неизбежно приводят к необходимости организации радиоэкологического мониторинга. Такой мониторинг предусматривает проведение массовых определений концентраций естественнных радионуклидов в образцах различных компонентов природной среды. Учитывая, что эти определения трудоемки и дорогостоящи, предлагается проводить определение содержание радионуклидов лишь в реперных компонентах наземных и водных экосистем. Как показали результаты радиоэкологических исследований, о водном рассеянии урана из источника загрязнения можно судить по его содержанию в воде водотоков дренирующих обследованные территории. Это обстоятельство обусловлено, с одной стороны, интенсивной миграцией урана из отвала горных пород с поверхностными водами в виде водорастворимых соединений, а с другой - высокой чувствительностью и производительностью лазерно-люминесцентного метода его определения в воде. О водном рассеянии радия и тория из отвалов можно судить по их содержанию в донных отложениях водотоков. Для экспресс гамма-спектрометрического определения тория и радия достаточны 100-150 граммовые пробы донных отложений. Особое значение при проведении радиоэкологического мониторинга имеют мхи. С их помощью можно проследить ветровое и водное рассеяние

радионуклидов из источника загрязнения. При этсутствии наземных видов мхов вблизи источников загрязнения, о ветровом рассеянии радионуклидов можно судить по их содержанию в лесной подстилке и органогенных горизонтах почв, где преимущественно аккумулируются эти элементы, а также использовать виды - индикаторы, обладающие способностью к повышенному накоплению в тканях и органах естественных радионуклидов. Показано, что к числу таких видов-индикаторов относится рябина сибирская.

4.3. Пути улучшения радиационной обстановки на территориях подвергающихся радионуклидному загрязнению. В настоящее время на территории Южной Якутии отвалы горных пород, обогащенные ТЕРН, являются бесконтрольным дополнительным источником поступления радионуклидов в природные ландшафты. Это требует, наряду с мониторингом, проведения рекультивационных работ. Такие работы должны быть направлены на подавление рассеяния радионуклидов из источников загрязнения. Для этого скальные горные породы лучше всего покрывать щебнем, а песчаные отвалы захоранивать в бульдозерных траншеях. Наиболее эффективным способом дезактивации загрязненных радионуклидами территорий, по-видимому, является удаление загрязненного слоя почв, донных отложений и мелкозема горных пород. Эти мероприятии облегчаются тем, что плошади радионуклидного загрязнения вокруг отвалов , как правило , составляют несколько га.

ВЫВОДЫ

Результаты комплексных радиоэкологических исследований особенностей миграции 232ТЬ, 238и и 226Иа в техногенных горно-таежных ландшафтах Южной Якутии позволили сделать следующие основные выводы:

1. Ветровое рассеяние радионуклидов из отвалов охватывает расстояние радиусом в несколько сот метров, а ореол водной миграции превышает 1000 метров.

2. Из источников загрязнения с водами поверхностных водотоков 238и мигрирует преимущественно в виде водорастворимых соединений, а 232ТЬи226Кав составе твердого стока с мелкодисперсными продуктами выветривания горных пород, слагающих отвалы, и в составе слаборастворимых соединений. Паводковые воды, обогащенные водорастворимым органическим веществом, интенсифицируют выщелачи-

вание урана из пород, слагающих отвалы. Высокое содержание сульфат-ионов в природных водах препятствует выщелачиванию и образованию водорастворимых, миграционно-способных форм 226 Ра.

3. В почвенном профиле подбура, на участке ландшафта не испытывающего техногенного загрязнения, 226Ра характеризуется не дифференцированным, а 238и и 232ТЬ. - элювиально-иллювиальным типом распределения по глубине почвенного профиля. В подбурах, находящихся в зоне воздействия отвалов, в результате техногенного прив-носа вещества, происходит аккумуляция ТЕРН в верхней части профиля. вследствие чего формируется особый - техногенно-аккумулятив-ный - тип распределения радионуклидов.

4. В условиях техногенного загрязнения, в корнеобитаемом слое субстратов (мелкозем, почва) преобладают прочнофиксированные формы 238и и 226Ра. В результате эти радионуклиды характеризуются меньшей доступностью растениям по сравнению с контрольными участками ландшафта, не испытывающими техногенного воздействия. Поглощение 23 8 и растениями в большей степени связано с присутствием его в кислоторастворимой. а 226Ра - в обменной и кислотораствори-мой формах.

5. Мхи в условиях техногенного загрязнения поглощают ТЕРН из субстратов в количествах не превышающих 20 % от общего их содержания в растениях. Основное количество ТЕРН мхи аккумулируют из водной среды и аэрозольных выпадений.

6. Показано, что в ореоле водного рассеяния основное количество техногенного 232ТЬ, 238ии 226Ра содержится в донных отложениях (61-88 %), а в ореоле ветрового рассеяния - в почве (99 %).

7. Вклад бета-излучения в суммарную внешнюю дозу облучения выше для травянистых растений по сравнению с древесными и кустарниковыми видами.

Выявленные особенности миграции и распределения ТЕРН в техногенных горно-таежных ландшафтах определяют специфику проведения мониторинга и дезактивации территорий, подвергающихся радионук-лидному загрязнению.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ .

1. Собакин П.И..Федоров Б.Н. Источники загрязнения окружающей

среды радиоактивными элементами на территории Якутии и их мониторинг //Геофизические исследования в Якутии. - Якутск: Изд-во ЯГУ, 1992. - С.116-119.

2. Собакин П.И. Миграция и распределение естественных радионуклидов в почвенно-растительном покрове в условиях Алданского нагорья //Респ. конф. молодых ученых и аспирантов: Тез.докл. -Якутск: ЯНЦ СО РАН. - 1993. - С. 101.

3. Pozolotina V.N.. Karavaeva E.H..Sobakin P.I., Mikhallovskaya L. H., Molchanova I.В.,Zhuravskaya A.N., Kirshengoltz B.M. Distribution, migration and biological effect of heavy natural radionuclides on techogeneous landscapes In Yakutlya //2nd Int. conf. "Radiobiological conseguences of nuclear accidents": Abs. - Moscow, 1994. - C. 211.

4. Собакин П.И. Поведение 238U и 232Th в системе почва-растения //Рес. кон. молодых ученых и аспирантов: Тез. док. - Якутск: ЯНЦ СО РАН, 1994. - С.76.

5. Собакин П.И., Молчанова И. В. Радиоэкологические исследования техногенно-нарушенных участков ландшафта в зоне уранового месторождения Республики Саха (Якутия) //Дефектоскофия. - 1994. -N9. - С. 70-74.

6. Собакин П. И. Миграция тяжелых естественных радионуклидов в техногенных ландшахтах Южной Якутии //Всерос. конф. " Антропогенное изменение почв Севера в индустриально развитых странах": Тез. докл. - Апатиты, 1995. - С.67.

7. Собакин П. И., Молчанова И.В. О необходимости учета бета-излучения в дозу облучения растений в зоне с повышенным естественным радиационным фоном //Геофизические исследования в Якутии. Якутск: Изд-во ЯГУ, 1995. - С.125-126.

8. Собакин П. И., Молчанова И. В. Подвижность естественных радионуклидов и их поступление в растения в условиях техногенного ландшафта //Экология. - 1996. - N1. - С.30-32.

9. Собакин П.И. Содержание тяжелых естественных радионуклидов в некоторых видах мхов Южной Якутии //Рес. кон. молодых ученых и аспирантов: Тез. док. - Якутск: ЯНЦ СО РАН, 1996. - С.54.

10. Собакин П.И.,Молчанова И.В. Радиоэкологические исследования в зоне месторождений естественных радионуклидов Южной Якутии //3-й сьезд по радиационным исследованиям: Тез. док. - Пущино, 1997. - С. 427-428.