Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Закономерности вертикального распределения радионуклидов в ландшафтах 30 км зоны ЧАЭС

ВАК РФ 04.00.02, Геохимия

Автореферат диссертации по теме "Закономерности вертикального распределения радионуклидов в ландшафтах 30 км зоны ЧАЭС"

РГ6 о

2 1 MAP 191«*

АКАДЕМИЯ НАУК УКРЛШ йистнт геотии, нннераяогии к рглообразованн« отделение радиогеошии oxpyiamefl среди

па права) рухописк

СЛДОЛЪКО ИГОРЬ ВИКТОРОВИЧ

УДК 550.42:551.14.027.13Т

ЗШ0НШ0СП ВЕРТШЛ1НОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ РАДИОНУКЛИДОВ В ЛАНДШАФТАХ 30 хи зоны ЧАЗС

специальность 04.00.02 - геошк*

АВТОРЕФЕРАТ дхссертазхн яа сохсхаме ученой степени кандидата геояоро-нгаералогхческнх наук

КИЕВ 1993

Работа выполнена в йвстште геохимии. шералогии

к рудообразовани« АН Украины научная ргководктедь. - академик АН Украина 3. В. соботович

ОФнанальвие опоовевтв - доктор геоюго-кинераяогмчес-

ш ваук

З.я.ховивскм! ШР АНУ) кавдидат геолого-ниералогх-чесш наук В. в. ГУАзевко (1ГН АНУ)

Ведувая органнзацкя - Главное управление гидрогео-

Заша состоится «мартини г в 10часов на засе-давми специализированного совета ШМТ.01 срк Штате геохкнин, шералогии к рудообразованкя АН Украины (252680, ыев -142. просп. ошадш 341.

С диссертацией шво озвакокиться в библиотеке

ИГНР АН Украина Отзывы на автореферат в 2-х экзешярах, заверенные печатьп. просим отправлять по адрес;: 252680, Мв-142, просп. палшкаа 34, ШР АНУ. ненок/ секретарь специализированного совета.

Автореферат разослан 1$ср?£р. 199У р.

Учении секретарь специализированного

совета доктор геолого-ниверало-

гпесшшх в.И.секевенко

логических работ и геоэкологии Госконгеодогии Украины

Общая характеристика работы. Актуальность исследований.

Поведение техногенных радионуклидов и окружающей среде стало объектом пристального изучения со- времени глобальных выпадений продуктов взрывов ядерных устройств в 50-60 годы и первых аварий на предприятиях атомной промышленности ввиду особой значимости этого явления для человечества. Многочисленные работы, выполненные за этот период, показали, что прогнозирование миграции радиоизотопов в природных средах в каждом отдельном случае требует учета всех факторов, влияющих на их поведение - физико-химических условий среды, форм выпадения загрязнителей, их устойчивости к разрушению и т.д.

Особую актуальность для Украины приобрело изучение закономерностей вторичного перераспределения радионуклидов после аварии на Чернобыльской АЭС. В первую очередь это относится к исследованию путей и количественных показателей, характеризующих миграцию основных дозообразующих изотопов -

Переходя в определенных условиях в миграционно-способные формы, эти нуклиды включаются в естественный геобиохимический цикл, попадая в конце концов в организмы животных и человека. Поэтому важной практической задачей является изучение путей миграции радионуклидов, определение сорбционной способности почв и грунтов зоны аэрации, выявление геохимических барьеров, оценка удерживающих свойств элементарных ландшафтов и др., что позволит оценить процессы естественной и наметить пути техногенной локализации радионуклидов. Изучение динамики перераспределения радионуклидов в различных геохимических ландшафтах, определение физико-химических и минералогических характеристик почвенного слоя является основой оценки способности геохимических ландшафтов к естественной самоочистке, построения прогнозых моделей миграции, планирования крупномасштабных мероприятий в зоне отчуждения ЧАЭС, а также может быть использовано для уточнения радиоэкологической обстановки в других, сходных по ландшафтно-геохимическим условиям, регионах Украины, Белоруси и России, подвергшихся влиянию Чернобыльской аварии.

Цель и задачи работы. Основной целью работы являлось выявление картины ряспреде-

ления радиоцезия и радиостронция в почвах 30 км зоны и определение общих закономерностей их поведения в зависимости от ландшафтно-геохимических условиях исследуемой территории. В связи с этим перед автором ставились следующие задачи:

1 Обобщить данные мониторинга радиоактивных загрязнений в почвенном профиле почв Зоны за период 1986-1992 гг.

2 Изучить закономерности миграции радионуклидов в различных ландшафтно-геохимических условиях исследуемой территории.

3 Оценить защитные свойства геохимических барьеров, способствующие локализации радионуклидов в почвенном слое.

4 Оценить способность естественных геохимических ландшафтов к самоочистке от радиоактивных загрязнений Чернобыльской аварии.

Фактический материал и метопы нгслбпрмннй.

Для изучения физико-химических характеристик и минерального состава, определения вертикального распределения радионуклидов и оценки сорбционных свойств различных почвенных фракций в течении 1986-1992 гг. были отобраны пробы почв и грунтов в 185 шурфах на территории Зоны. Отобранный материал позволил провести более 2200 гамма-спектрометрических, 440 радиохимических, 450 гранулометрических, минералогических, рентгеносгруктурных и химических анализов в рамках выполнения научно-исследовательских и хоздоговорных работ, в которых автор принимал участие, как ответственный исполнитель или научный руководитель. В процессе интерпретации полученных экспериментальных данных также использованы результаты по изучению вертикальной миграции радионуклидов, собранные лабораторией радиоэкологии факультета почвоведения МГУ имЛомоносова, отделом радиационного мониторинга окружающей среды НПО "Припять", Оперативной группой Госкомгидромета СССР. Полевые и лабораторные исследования проводились по методикам, утвержденным соответствующими ведомственными инструкциями.

Научная, новизна.

1 Получены и обобщены имеющиеся данные о распределении и миграции 1.37€s и 90Sr в вертикальном профиле почв типичных ландшафтов Зоны в течение 1986-1992 гг.

2 Впервые на фактическом материале проведена оценка геохимических ландшафтов Зоны по способности к естественной самоо

ЧИС1КС.

3 Детально изучен вещественный состав наиболее типичных почв Зоны и определена их сорбционная емкость о отношении основных дозообразующих радионуклидов.

Результаты, полученные при проведении настоящей работы, были использованы при подготовке оперативной информации ПДК Президиума АН Украины в директивные органы в 1986-1989 гг., при проведении экологического обоснования 7Э0 проекта комплекса производств по транспортировке, переработке и хранению РАО (кодовое название - "Вектор"), могут быть использованы при прогнозировании загрязнения грунтовых и подземных вод за счет латеральной и вертикальной миграции радионуклидов, обосновании мероприятий по рациональному использованию бывших сельхозугодий и улучшению общей радиоэкологической обстановки в Зоне 'и других загрязненных районах. Паспортизированные эталонные ландшафгно-геохимические площадки, используются для калибровки дистанционной ганмаспектрометрической аппаратуры, и при мониторинге перераспределения радионуклидов в зоне Чернобыльской АЭС. Предложенный методологический подход к оценке способности геохимических- ландшафтов к естественной самоочистке с учетом физико-химических и минералогических характеристик почвенного слоя имеет важное значение в определении возможности восстановления радиоэкологической ситуации.

1. Вертикальная миграция радионуклидов во всех типах почв Зоны ЧАЭС находится в начальной стадии. 95-98% радионуклидов сосредоточены в слое 0-10 см. Скорость и характер вертикальной миграции а геохимических ландшафтах пойменно-луговой и лесной групп закономерно отличаются.

2. Основными фл к горами удержания радионуклидов в почвах Зоны являются геохимические барьеры органогенной природы. Роль других (глеевого, сорбционного,окислительного) а долговременной фиксации радионуклидов второстепенна.

3. С геохимических позиций ландшафтные условия миграции радионуклидов являются основой прогнозирования развития ситуации в районах радиоактивного загрязнения и определяют

кригерии классификации почв по удерживающей радионуклиды способности. По степени удерживающей способности почвы выстраиваются в геохимический ряд.

Апробация работы.

Основные результаты работы опубликованы в 7 печатных работах. Они были доложены на 1 Всесоюзном радиобиологическом съезде (Москва 1988 г.), I и И! Научно-технических семинарах по основным результатам ликвидации аварии на ЧАЭС (Чернобыль 1988,1992г.), Всесоюзных конференциях и совещаниях в Каунасе (1989), Минске (1990), Гомеле(1990), Москве(1991).

Обьем и структура работы.

Диссертационная работа состоит введения, 5 глав и заключения. Диссертация изложена на страницах машинописного текста, включая //таблиц и/?рисунков. Библиография состоит из 55 наименований.' '

Настоящая диссертационная работа выполнена в лаборатории геохимии техногенеза Отделения радиогеохимии окружающей среды Института геохимии, минералогии и рудообразования АН Украины под руководством доктора геолого-минералогических наук академика Э.В.Соботовича, которому автор выражает глубокую благодарность за постоянное внимание и помощь в работе.

Автор искренне признателен сотрудникам ОРОС ИГМР АН Украины за содействие в работе, кандидатам геол.- мин.наук ЮЛ.Сущику, С.П.Ольштынскому, Ю.А.Ольховику, Л.И.Самчуку, докт.геол.-мин.наук Г.Н.Бондаремко за консультации и критические замечания при работе над диссертацией, а также В.СДавыдчуку (ИГ АН Украины), А.М.Зиборову (НПО"ПрипяпГ). А.И.Щеглову (МГУ им-Помоносова), Е.Д.Стукину (ГМГГРамон").

Характеристика природно-техногенных условий зоны отчуждения ЧАЭС.

Территория Зоны и прилегающих к ней участков, подвергшихся наиболее интенсивному загрязнению в результате Чернабыльской кастрофы, относится к Полесскому ландшафтно-геохимическому району и расположена на северо-восточном склоне Украинского щита, в краевой зоне Днепровского четвертичного оледенения, в

природной зон<: смешанных лесов, что и обуславливает ее ландшафтные с:. Юности. На этой территории можно выделить три уровня: - ве ;,:■:; ¡.й (абсолютные высоты свыше 120 м) составляет слабоволнистая : ренно-иодноледниковая равнина, пересекаемая цепью конечно- : > мных возвышенностей с пологими и покатыми склонами, разп; ¿.' ¡!ыми понижениями и седловинами, для этого уровня свойст: развитая сеть лощин и балок, наличие

бессточных и ;: уэссточных заболоченных и сухих западин; -средний этаж ;.,. . :>а образуют надпойменные террасы р.Припять и ее притоке;, воженные, как правило, мощными древне-аллювиальным- г - <ами с прослоями супесей и суглинков. Подсклоновые ггн надпойменных террас заняты обширными болотами; - ни* • таж - пойма р.р.Припять и Уж с тремя своими высотными ур - >) - низкая наклонная (пляжи), высокая сегментно-грив, ; : рельефа и пойма выше уровня затопления. Тыловые част« м заболочены и частично мелиорированы.

Почвообразу; породы представлены осадочными отложениями верхнечет ною и голоценового возрастов, мощность которых колеб: - от 20 м в долинах рек до 50-60 м в районе конечно-морен: : ;вышенносгей.

Пестрота ре/; > и различный генезис покровных четвертичных отложений г; • щих району гидро-климатических условиях привели к ргх •■-.■> и частому чередованию на исследуемой территории по< ; :: ых типов - от слабозадернованных песков до торфяных и то!' болотных.

Территория приходится на интенсивно развитые районы

Украинского Г:. В доаварийное время пашня составляла до

40%, леса-35 га и выпасы - до 10%, остальная часть территории населенными пунктами, промышленными и

сельскохозяйг.т и обьектами, автодорогами и зеркалом

поверхностных лов.

По официс. - данным, активность выброшенных во время Чернобыльской и радионуклидов составила 20.5* 1017 Бк. К началу 1993 счет естественного распада ( в основном

корогкожизуц:: ::тов) она снизилась до п*1016 Бк. При этом

на территории приходится не менее 60 % общего количества

радиоактипмь л ;:-ггелсй, а доля долгоживущих и экологически

опасных изо с: ЛСь и 90Бг составляет 50-65%.

Отличительными особенностями Чернобыльских радиоактивных выпадений являются, как, разнообразие их форм -мелкодисперсные продукты дробления облученного топлиоа, продукты конденсации легколетучих радионуклидов и других компонентов, продукты адсорбции на аэрозолях, так и крайняя неоднородность плотности их выпадения по всей территории Зоны и гетерогенность форм выпадения.

Особенности ландшафтно-геохимическото районирования.

Поле первичного радиоактивного загрязнения формировалось в природном ландшафте под воздействием особенностей рельефа и растительного покрова путем коррекции направления и скорости несущего воздушного потока.

Вторичное перераспределение радионуклидов происходит в рамках природного ландшафта. При этом сам ландшафт является ареной миграции, а его факторы определяют если не все, то большую часть условий переноса и аккумуляции заг рязнителей.

Типизация ландшафтно-геохимических обстановок Зоны проведена В.С.Давыдчуком в соответствии принципам геохимической классификации ландшафтов ( А.И.Перельман, М.А.Глазовская ). Обстановки группируются в несколько классификационных уровней, по методике, предложенной В.А.Алексеенко.

I классификационный уровень учитывает количественную роль биогенной миграции в формировании геохимических особенностей ландшафта. По изменению отношения биомассы к ежегодной продукции резко выделяются лесная и луговая группы. В пределах лесной группы выделяются ландшафты с хвойными, смешанными, черноольховыми и другими лесами. В пределах луговых фитоценозов в условиях Полесья преобладают супераквальные формы ландшафта, развивающиеся при господстве гидроморфных условий миграции и аккумуляции литогенного и биогенного вещества.

II классификационный уровень разделяет ландшафты в зависимости от физико-химических условий миграции элементов в почвах. В качестве определяющего миграцию фактора принят окислительно-восстановительный и щелочио-кислотный режим почвенных растворов. В пределах зоны выделяются три основных геохимическихгипа перераспределения вещества: 1)окислигельный

промывной (Н *); 2) -застойный кислый глссвый восстановительный (Н+ - Fe++ ); 3) возвратно-нисходящий переменный ( окислительно-восстановигельный ) (Н+ — Н+ - Fef+ ).

III классификационный уровень учитывает влияния типоморфных элементов на миграцию вещества в почвогрунтах, а также воздействие таких факторов, как содержание и соотношение в них различных органических кислот, сорбционные характеристики почвенных горизонтов, т.е. компонентов, обладающих барЬерообразующими свойствами.

IV классификационный уровень подразделяет ландшафты с учетом геоморфологических особенностей территории, определяющих гипсометрическое положение, скорость стока и инфильтрации поверхностных и уровень залегания грунтовых вод. В региональном плане для исследуемой территории прослеживается три основных геоморфологических типа: пойма, надпойменные террасы и междуречная равнина. В плане элементарных ландшафтов на этом уровне рассматриваются элювиальные (водораздельные) разности, трансэлювиальные ( верхние части склонов), элювиально-аккумулятивные (нижние части склонов и сухих ложбин), аккумулятивно-элювиальные (местные замкнутые понижения с глубоким уровнем залегания грунтовых вод) и супераквальные (поймы, замкнутые понижения со слабым водообменом).

Исходя из понятия ландшафтно-геохимических барьеров, предложенного А.И.Перельманом, в ландшафтах зоны мы отмечаем прежде всего механические, ландшафтно-биогеохимические, сорбционные, глеевыс и окислительные барьеры. Часто ландшафтно-геохимические барьеры встречаются в виде комплексных, сочетая, например, механические и сорбционные, механические, сорбционные и глеевые барьеры (возможны и другие сочетания). При этом наблюдается неравномерное распределение ландшафтно-гёохимических барьеров на исследуемой территории, различную глубину их залегания и, как следствие, неодинаковую защищенность природных и элементарных ландшафтов. Все эго заставляет уделить больше внимания изучению спойсп» и особенностей геохимических барьеров в почвенном слое. В первую очередь необходимо исследовать механизм действия того или иного барьера, его роль и эффективность в процессах миграции радионуклидов в различных условиях. В качестве примера нами рассмо-

трены возможности функционирования сорбционного и глееиого барьров в разных ландшафтно-геохимических фациях.

В качестве опорных полигонов в проводимых ландшафтно-геохимических исследованиях были использованы площадки и профили, приуроченные к типичным ландшафтам территории и охватывающие основные типы почв Зоны.

Свойства почв как арены миграция радионуклидов.

Почва является основной сое гавля щей частью еаас/ценною геохимического ландшафта, играюв|ей главную роль в вергик^пьном распределении радионуклидов. К физико-химическим характеристикам почв, оказывающим наибольшее влияние на миграционные процессы, в первую очередь относятся: гранулометрический (механический ) состав, минералогический состав, содержание и состав органического вещества, влажность, кислотность, плотность, состав почвенных вод и др. Так гранулометрический состав и плотность определяют наличие механического барьера; гранулометрический и минералогический состав (и особенности состав и процентное содержание глинных минералов) влияют на сорбционные свойства почв, определяю! емкость поглощения; состав органического вещества и кислотность почв играют роль как при ускорении процессов переноса радионуклидов, так и при их локализации в определенных условиях; естественное увлажнение и периодичность его изменения, а также химический состав почп определяет наличие и глубину залегания окислительного и глеевого барьеров и т.д. Существенное значение для процессов миграции имеет степень "окультуренное™" почвенного слоя - она влияет и на гранулометрический, и на химический состав, т.е. компонентный состав поглощающего почвенного комплекса. Поэтому миграция радионуклидов в естественных и пахотных почвах будет идти по разному.

Проведенный эксперимент по оценке сорбционной емкости почв и отдельных гранулометрических фракций в отношении Сь и вг (тдбл.1).

Таблица 1

Сорбция 133С5 гранулометрическими фракциями почв

элементарный ландшафт; тип почвы инте( вал отбора,см фракции сорбировано десорбир.%

>азмер, оодер-мм жание,% мг/г % от внес. Н20 НС1

элювиальный; 5-30 валовая 0.8 16,2 31,2 24,5

дерново- подзо- 0,1-0,25 91,5 0,4 8,0 50,0 37,2

листая песчан. 0,01-0,1 6,4 1.1 22,0 22,7 21.4

глсевая 9,005-0,01 0,4 3,0 60,0 6,0 7,1

0,005 0,7 2,2 44,5 5,5 3,4

супераквальный ; 2-23 валовая 1,3 26,4 27,2 23.4

де р но во-слабо- 0,1-0,25 91,7 0,5 10,0 44,3 35,9

подзолисгая пы 0,01-0,1 4,5 2,5 50,0 31,4 22,1

левато-супесмаь 0,005-0,01 0,5 4,2 84,0 7,1 6,3

огорфованная 0,005 2,8 4,2 84,0 5,8 2,8

показал, что с повышением дисперсности почвенной фракции от 0.10.25 до 0.005 мм способность к обменной и необменной сорбции цезия возрастает в 3-4, а стронция в 1.5-2 раза. Величина сорбционного поглощения цезия прямопропорционально зависит от насыщенности коллоидного комплекса обменным кальцием, содержания а почве глинных минералов и органического вещества, для стронция эта зависимость аналогична только в отношении содержания глинистой составляющей. Наиболее существенный вклад в значение сорбционной емкости тонкодисперсной фракции почвенного слоя вносят минералы монтмориллонитовой ассоциации.

Анализ соотношения мемзду содержанием физической глины и минералогическим составом показал, что в глинистая фракции ры-хлопесчаных почв (классификация почв по гранулометрическому составу дана по Н.А.Качинскому) содержится от 30 до 70% кварца и но 30% иллита, хлорита и монтмориллонита; связнопесманых -1050% кварца, 10 - 50% иллита 10-30% хлорита и 10-20% монтмо-

риллонита супесчаныхных соответственно 10-30, 1030. 10-30 и 2030; легкосуглинистых-соответствснно 10-20, 10-30, 20-30 и 20-30 /о.

Значительные различия физико-химических своисто почв, пространственная, природная и ант рошгенная дифференциация обуславливают неоднородность геохимических условии, при которых существенно отличаются процессы миграции и сорбции. Отсюда возникает необходимость картографирования почвенного покрова по параметрам, важным с точки зрения вторичного

перераспределения радионуклидов.

Используя представительный фактический материал полевых и лабораторных исследований, с учетом типизации ландшафтно-геохимических обстановок Зоны по классификационным уровням, нами совместно с В.С.Давыдчуком и С.В.Михели была построена карта вещественного состава почвенного слоя (0-20 см) Зоны ча^. Базовой основой для нее послужила ландшафтная карта (М 1:100000). Проведена классификация ландшафтных урочищ по гранулометрическому составу почв. Минералогическии состав отображен в процентном содержании физическои глины и в территориальных различиях встречаемости того или иного минерала (группы минералов) - кварца, иллита, хлорита, монтмориллонит.

Миграция радионуклидов в ладшафгно-геохимических условиях Зоны отчуждения.

Мониторинг вертикальной миграции радионуклидов в почвах 30 км зоны проводила, нами в 1986-1992 гг. Точки пробоогбора находятся на разном удалении от ЧАЭС, на участках с различной плотностью загрязнения и разными формами нахождения радионуклидов. „ л

Почвенные профили опробовались послойно с интервалом т см

до глубины 10 см и с интервалом 2-3 см до глубины 35-40 см.

Результаты исследований показывают, что в настоящее время основная масса радионуклидов ( 95-98%) по прежнему сосредоточена в слое почвы 0 - 10 см, причем на слои 0 - Ь см приходится свыше 85-90% от общего их количества. На глу&ине оо-лее 20-25 см активность радиоцезия на большей части территории не превышает десятых долей нКи/кг, радио-стронция - от долей до единиц нКи/кг и только на участках с высокой плотностью загрязнения (более 100-200 Ки/км2 ) их амивноегь может

активность может достигать нескольких нКп/кг. В таблице 2 представлена динамика ■ изменения некоторых параметров вертикального распределения и ЭОвг за время наблюдения (в

среднем по территории зоны).

Таблица 2

Изменение параметров вертикального распределения радионуклидов в слое почв 0-30 см

Параметр распределения 1987 1989 1990 1991 1992

Слой с max активностью, см 0-1 0-1 0-1 0-1 1-2

Положение центра запаса, см 0.8 1.1 1.8 2.2 2.5

Содержание в слое 0-5 см, % 98.1 94.7 93.4 92.1 90.0

min слой с активностью более 0-1 0-2 0-3 0-5 0-5

90%, см

Наблюдаемое существенное уменьшение содержания радионуклидов в верхнем сантиметровом слое почв и в слое 0-5 см в первую очередь вызвано вертикальным перераспределением радиоизотопов, и, возможно, естественными процессами почвообразования - приростом посгавдрийного органоминерального почвенного слоя. Полученные нами и другими исследователями данные авторадиографии и электронной микроскопии показывают, что одним из основных процессов заглубления нуклидов остается лессиваж "горячих частиц".

Миграция радионуклидов в различных ландшафтно-геохимических обстановках неодинакова. Это наглядно отражается в отличии заглубления центра запаса 1Э?С& и 905т в почвах разных типов (табл. 3) и характере их распределения в почвенном профиле (Рис. 1,2).

Общим для большинства типов почв является резкое снижение содержания рад но цезия ниже горизонта 0-4 см, радиостронция - 06 см. В более глубоких горизонтах их содержание стабилизируется не превышая 1-3% от общей активности в колонке. Для торфяников и торфяно-болотных почв снижение активности радионуклидов в верхнем 5-6 см слое не столь выражено.

Для почв элювиальных лесных ландшафтов практически не наблюдается изменений в картине вертикального распределения 137Са

Таблица з

Дияакнха зашблевия центра запаса С9-13Т/$Н0 в различвых типах почв за период вабшеш

Тип почвв Эденеятарным даидка+т Биоценоз Располохенхе центра запаса, сн

1966 1987 1919 1990 1991 1992

дерново-скрнтоподзо- эловиальянй лес сос- 0.6/0.6 0.9/1.5 1.4 16/1.6

лисга песчаная вовуй

тто-шшмт- элввхалшй лес СОС- 0.5/0.5 0.6/1.0 1.1/1.5 1.35/1.«

стая глхнисшесчавая новый

кервово-поязолистая зловналш-ах- задехь 0.5 0.6/1.1 о. т/1, г 1.5 г. о/г. г

гливисто-весчавая КУНУЛЯТИВЙЫЙ

дерново-подзолистая травсшвналь- лес чер- 1.2 г.о г. 5 3.1-3.2

вовершстно-отор^о- во аххуиулятив- воодъхов.

ваяяая внй

средведервово-сред- суперахваямвй пойкеввнй О.Т/1.5 0.7 0.7 1.5/1.6 1.9/3.0

веподзоднстая пеевая луг

дервово-шбошзояк- суиераквавшй попка не- 0.Т/0.Т 0.6/0.7 0.9/1.2 1.7 г.о 3.4/10

стая песчаная отор*о- лиорхро-

ваяная вавная

торено-болотная шерахвалшй война за- 0.7/0.7 1.5 г.о г. г/г. 5 г. 5 3.1/4.5

болочен.

пески слабозадерво- травссгперак- пески 0.5 1.1/1.6 1.5 г.1 г. 8/4.0

ваяяне вальвый влшые ___,... .

й

о §

10 —

10 •'-=

10-

(а)

т—)—1—1—I—1—I—I—I—) С О 401 Д> Л

глубина ем глубина см

Рис.1 Распределение С*—137 в вертикальном профиле различных почв элювиальной (а) и суперазсвальной (6} групп ланд— ... "Шйфтов.

40а О

№ ■а Н

о

о и

10 -=

10-'-=

10'

и)

1—1—г

1—г

т-г—1

0.0

1—1—I—I—1—I—1—I—I—I 40.0.00 40.00

глубина си глубина, си

Рис.2 Распределение$г-90 в почвах элювиальной (а) и еухгер—

одсвалъкой (б) групп ландшафтов. (---) пески неэадер-

новапные.

в течение последних 4-5 лот. Здесь в нижних слоях подстилки и верхнем минерализованном слое аккумулировано до 95% этого изотопа. Напротив, в почвах геохимических ландшафтов пойменно-луговой группы, начиная с 1991г., отмечаются существенные отличия в характере миграции радионуклидов в верхнем 20 см слое по сравнению с почвами элювиальных ландшафтов.

На основании полученных экспериментальных данных была предложена математическая модель миграции радионуклидов, учитывающая процессы влаго- и массопереноса, обмена между мигрирующими нуклидами и почвенным поглощающим комплексом, распределение топливных частиц по профилю и выщелачивание из них радионуклидов. Проверка вычисленных данных полигонными исследованиями показала адекватность предложенной модели.

Естественная очистка природных ландшафтов.

Исходя из предпосылки, что очистка любой экосистемы, как среды обитания человека, - это удаление из активного цикла ( т.е. цикла, оканчивающегося продуктами питания или организмом человека) тем или иным путем какого-либо загрязнителя, под термином самоочисгки природного ландшафта ог радионуклидов мы понимаем естественный процесс; вывода последних из геохимически-миграционноспособных форм. Рассматриваются несколько путей, способствующих эгому:

1. Естественный радиоактивный распад.

2. Вынос радионуклидов за пределы данного природного ландшафта ( или природной системы).

3. Способность к долговременной фиксации (локализации) теми или иными составляющими частями природного ландшафта.

Самоочистка - процесс во времени, поэтому вполне логично выделить и оценить такие его характеристики, как интенсивность и эффективность:

интенсивность самоочисгки - это степень естественного изменения суммарной (Асум) активности или активности отдельного изотопа ( А| ) за промежуток времени -

I = ¿А^ДИ. (с!/\ДП) ;

эффективность самоочисгки - это отношение активности ради-

онуклида в активном цикле природного ландшафта в момент исследования к его начальной активности в данном природном ландшафте, выраженное в процентах - Е = (Ао - А{).100 / Ао, % . Если рассматриваемые параметры самоочистки для случаев вывода радионуклидов за пределы природного ландшафта путем смыва или ветропереноса рассчитать достаточно просто, го их оценка при внутрипочвенной миграции или локализации требует, учета большего числа факторов, влияющих на эти процессы и большего временного промежутка. В первом приближении интенсивность и эффективность самоочистки может быть вычислена по изменению содержания в почвенном слое мобильных форм радионуклидов { водорастворимые плюс обменные формы). Эффективность самоочистки может быть как положительной так и отрицательной, приводя при этом к загрязнению природного ландшафта. Она достигает максимальных значений в случаях, когда процесс сопровождается выносом загрязнителя за пределы природной системы или его локализацией, если происходит только разбавление или образование нестойких малоподвижных соединений, то через- определенное время наблюдается снижение, эффективности самоочистки. Одним из примеров самоочистки природной системы можег служить изменение распределения 13'Сэ в одной из западин элювиального геохимического ландшафта лесной группы и период наблюдения 1387-1991 гг. (табл.4).

Таблица 4

Распределение радионуклидов в элементах рельефа

элемент рельефа Содержание 13'Ск : 10"7Ки/кг Слой с А_„. >95% см Асуи> /о в слое 0 - 5 см

1987 1991 1987 1991 1987 1991

водораздел склон дно западинь 6.2 5.8 6.0 . 4.8 . 5.5 5.7 0-1 0-5 0-1 0-2 0-1 0-3 99.5 95.0 100.0 99.5 99.3 96.5

рел;

1еГ

ПРИРОДНЫЙ ЛАНДЖАФТ бмев1з тип в1чвн тт увклвеш

злУнтарныи иг

особенности ЙЙГРАШ

ь

юкаймзапкя на барьерах I

ГБОХИНИЧЕС&ЙБ БАРЬЕРЫ

ке!аик-' с!рбцн- гйеевыи окисли- костнуй ческий ошй

вшзос за пределы гг-одного дандваФга

в грунтовые воли

шышй

СПОСОБНОСТЬ 1 САКООЧИГ" л А-за счет выноса РК из ЗЛ; Б-за г--? локализации

высокая (крутые скдови террас, эоловые 4орны. песчаные грив», вески пляжные и др. -А; торфяники на лессових и коренно-водноледншвых отло-хеннях и т. д.-Б)

средняя (покатые склони ^ н западин, »IV,. вие раввш войн -уровня загшеви? т. д.-А; слгбоволклс равшш на водно • яиковых оглодан'" развшен |еря&з{-подзолиста?.почв -г супесях и суглкб::.-:-

Ркс. 3 Схема классификации ориродвп' собиости к саноочистке с уче^

низкая ->ас (пологие склони, дниша за: ;е падин и лосин иг.д.-А;ра-:ие вняиы ва ко-

ревных оглохе-: киях с песча-ши и супес-чавши почва--5) ки и т.д. -Б)

•.ааФтов по их спо-• 50гешх Факторов.

Эффективность самоочистки склона западины (с учетом естественного распада радиоцезия и погрешности эксперимента) за 4 года составила 12.5%. Интенсивность процесса при этом была равна 0.19 10"7 Ки/кг*год.

Предложена схема (рис.3) классификации почв и элементарных геохимических ландшафтов по их способности к самоочисгке.

Оценка способности геохимического ландшафта к самоочистке, знание ее направленности, интенсивности и эффективности является основополагающей при любых вмешательствах человека с целью улучшения экологической обстановки природной системы.

Заключение.

Проведенные на территории зоны отчуждения ландшафтно-геохимические исследования позволили сделать следующие выводы: 1. По данным гранулометрического и минералогического состава верхнего горизонта почв на территории зоны господствуют рыхло- и связнопесчаные почвы с содержанием физической глины от 0 до 5 и от 5 до 10%, супесчаные и легкосуглинистые почвы с содержанием физической глины 10-20 и 20-30% занимают значительно меньшую территорию; распространены ареалы с равным соотношением кварца и глинных минералов, ареалы с явным преобладанием одного из минералов встречаются значительно реже. 2.Основными факторами. определяющими подвижность радионуклидов а верхних почвенных слоях зоны, является количество и состав токодисперсной минеральной фракции и содержание органического вещества.

3. По характеру и направленности геохимических процессов, по количесгиу и типам геохимических барьеров выделяются две резко отличающиеся группы ландшафтов - супераквальные луговые и элювиальные лесные. Наименее обеспечены геохимическими барьерами элювиальные и трансэлювиальнве ландшафты лесной группы, развитые на злндровых отложениях.

4. Сопоставление парных проб вертикальных почвенных разрезов сопряженных элювиальных ландшафтов лесной группы и аккумулятивных луговой, отобранных на различном расстоянии от

ЧАЭС показывает, что картина распределения радионуклидов в гумусовой части почвенного профиля этих групп существенно отлична, но практически идентична в пределах однотипных элементарных ландшафтов. Характер миграции зависит от форм выпадение загрязнителей и степени увлажнения почвы.

5. По способности удерживать радионуклиды геохимический ряд почв выглядит следующим образом (в порядке возрастания): -песчаные незадернованные и слабозадернованные - дерново-подзолистые на песках ~ дерново-подзолист ые на супесях -пойменные лугово-болотные - дерново-подзолистые на моренных суглинках -торфяно-бологные - дерново-луговые - дерново-подзолистые на лессовидных суглинках-торфяные.

6. Предложенный лдндшафтно-геохимический подход к оценке обеспеченности - элементарных ландшафтов геохимическими барьерами и способности природных систем к самоочистке позволит более детально изучить закономерности процессов миграции радионуклидов в отдельных природных ландшафгах и на всей территории, подверженной влиянию аварии на ЧАЭС. Предлагается ряд рекомендаций при проведении работ и прогнозировании ситуации в Зоне:

- использовать карту вещественного состава почвенного слоя Зоны и фактические данные работы при прогнозировании загрязнения подземных вод территории;

- при создании ПЗРО и проектировании комплекса по переработке РАО учитывать удерживающую способной ь почв и | рунтов;

- учитывать данные по эффективности самоочисгки природных ландшафтов при разработке долгосрочных мероприятий по рациональному использованию территории Зоны.

7. Отработанная система наблюдений и количественной параметризации факторов миграции и локализации радиоактивных загрязнителей может быть рекомендована для долгосрочного мониторинга поведения радионуклидов в ландшафтно-геохимических условиях зоны влияния аварии на ЧАЭС. Она позволит прогнозировать скорость процессов самоочистки или естественной реабилитации загрязненных территорий.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1.Изотопный состав урана и содержание плутония в почвах и донных отложениях района ЧАЭС.-Тез.докл. I научно-технического семинара по основным результатам ликвидации последствий аварии на ЧАЭС (итоги двухлетней работы), Чернобыль, 1988, с.141-142. Соавтор -Чебаненко С.И.

2.Изучение форм нахождения радионуклидов а почвах Украинского Полесья. -В об."Химия комплексных соединений", тез.докл. XVII Всес.Чугаевского совещ., ч.4, Минск, 1990, с.687. Соавторы - Кокот Т.К., Мицкевич Б.Ф., Самчук А.И., Сущик ЮЛ.

3.Изучение вертикального распределения радионуклидов на калибровочных ландшафтных площадках в 30 км зоне ЧАЭС. -Б сб. "Геохимические пути миграции искуственных радионуклидов в биосфере", тез.докл. IV конференции по программе "АЭС-ВО", Гомель, 1990, с.36-38. Соавторы -Стукин Е.Д., Сущик ЮЛ., Халикова Р.Х.

4.Изучение форм нахождения радионуклидов в почвах и разработка методики долгосрочного прогноза миграции в зоне влияния ЧАЭС. -В сб. "Геохимия гехногенеза", тез.докл. If Всесоюзного совещания, Минск, 1991, с.183-185. Соавторы - Мицкевич Б.ф., Самчук А.И., Сущик ЮЛ., Радчук В.В.

¿.Геохимия радиоцезия в почвах Полесских ландшафтов. Весник КГУ "Прикладная геохимия и пегрофизика", вьш.17, КГУ, Киев, 1991, с.30-40. Соавторы - Бережная J1.M., Мицкевич Б.ф., Самчук А.И., Сущик Ю.Я.

б.Влияние сорбционно-десорбционных процессов на миграцию радиоцезия в почвах. -В сб."Радиоизотопы в экологических исследованиях", Наук.д.,Киев,1992, с.35-46. Соавторы -Мицкевич Ь.Ф., Самчук А.И., Сущик ЮЛ.

/.Моделирование процесса миграции радионуклидов в почвогрунтах. Препр., Чернобыль, 1992, 52 с. Соавторы -Кипа СЛ., Колябина ИЛ.. Пашко С.В.,Проскура М.И.,Рыбалко С.И., Черная Ж.А.