Радиоэкологическая ситуация в Якутии

На основе результатов измерений радиоактивного загрязнения рассматривается радиоэкологическая ситуация в Якутии.
Радиоактивное загрязнение природной среды на территории Республики Саха (Якутия) обусловлено в основном долгоживущими радионуклидами естественного происхождения и искусственными радионуклидами, образовавшимися в результате проведения ядерных взрывов и крупных аварий, приведших к выбросу радиоактивных веществ в атмосферу.
Большое влияние на радиационную обстановку в республике оказало испытание ядерного оружия на полигоне «Новая Земля» в 1950–60 гг. и проведение мирных подземных ядерных взрывов в Якутии в 1974–87 гг. Определенный вклад в радиационную ситуацию внесла и авария на Чернобыльской АЭС в 1986 г. Так, по данным радиологического отдела Якутской республиканской ветеринарно-испытательной лаборатории, по республике в 1987–89 гг. отмечалось повышение содержания цезия-137 (с последующим незначительным спадом) в продуктах питания местного производства, в частности в мясе домашнего северного оленя.
Загрязнение пресноводных водоемов суши контролируется Якутгидрометом во всех крупных реках республики. Средняя концентрация 90Sr в 1992 году составляла 3,6 Бк/м3 и оставалась на уровне 1990 – 1991 гг.
Наибольшая концентрация 90Sr зарегистрирована в водоемах мелких рек Момского улуса (от 1,5 до 4,5 пКюри/л), минимальная – в воде рек – 0,5–1,2 пКюри/л. В пробах воды всех источников питьевого водоснабжения 226Ra находится на одном уровне и составляет 0,3–0,4 пКюри/л; концентрация 238U распределяется в следующей зависимости: максимальная – в скважинах (0,6–1,0 пКюри/л), минимальная – в реках (0,3–0,4 пКюри/л).
Глобальное загрязнение окружающей среды накладывается на уровень естественной радиоактивности, которая является основным источником радиоактивного загрязнения на территории Якутии.
Большой вклад в радиоэкологическую ситуацию в республике вносит деятельность горнодобывающих предприятий. На территории Якутии добывают алмазы, золото, олово, уголь и т.п. Попутно на земную поверхность извлекаются сопутствующие радиоактивные минералы. Так, например, на Алдане на отвалах высокорадиоактивного шлиха, состоящего из силикатов тория и редких земель гамма-фон составляет 7000–8000 мкР/ч; в Депутатском ГОКе, при разработке россыпей в пределах гранитных массивов и зон грейзенизации, касситеритовый концентрат обогащается торианитом (мощность экспозиционной дозы транспортируемых контейнеров достигает 3000 мкР/ч). В республике остро стоит проблема качества строительных материалов, особенно в Южной Якутии (карьер «Гранитный» в Нерюнгринском районе, карьер предприятия «Алданстройиндустрия»). Содержание естественных радионуклидов в отдельных пробах песка столь высоко, что эти материалы непригодны даже для строительства дорог в населенных пунктах (по данным Якутгидромета).
Таким образом, приведенные данные убедительно показывают, что радиоэкологическая проблема в республике требует к себе пристального внимания. При этом большое практическое значение имеет изучение поведения в окружающей среде искусственных радионуклидов: радиоцезия и радиостронция, которые могут активно мигрировать по пищевой цепи и накапливаться в значительном количестве в биологических объектах. Особенно ярко этот процесс проявляется на примере северной биологической цепочки «лишайник – северный олень – человек». Без преувеличения можно утверждать, что из всех известных цепочек наиболее значимой является арктическая (северная) – по миграции 137Cs глобального происхождения. В отличие от других наземных цепочек северная очищается в течение длительного периода и еще довольно продолжительное время останется загрязненной долгоживущими искусственными радионуклидам. В то же время вышеуказанная цепочка является наименее изученной.
Характеристика объектов исследования
Были исследованы следующие виды почв:
1. Мерзлотные пойменные почвы. Разрез 1 и 2 на левом берегу р. Лена в районе п. Намцы. Глубина разрезов 70 см. Мерзлота в середине июня на глубине 2–2,5 метра. Разрез 3 на правом берегу р. Чара в 15 км от п.Токко. Первая пойменная терраса. Глубина разреза 45 см. Мерзлота на глубине 1,5 м.
2. Мерзлотная глинистая почва. Разрез 4 на левом берегу р. Лена в районе г. Олекминск (Южная Якутия). Вторая пойменная терраса. Глубина разреза 30 см. Мерзлота на глубине 1,5–2 м.
3. Мерзлотные песчаные оподзоленные почвы. Разрез 5 и 6 на левом берегу р. Лена вблизи п. Кильдямцы, на вершине и верхней трети склона увала. Глубина разреза 30 см. Мерзлота в начале августа на глубине 2–3 метра.
4. Мерзлотная песчаная подзолистая почва.Разрез 7 на левом берегу р. Лена вблизи п. Кильдямцы, у подножия увала. Глубина разреза 20 см. Мерзлота в начале августа на глубине 2–3 метра.
Содержание 137Сs и 90Sr в пробах определяли на аттестованном Госстандартом g-b-спектрометре, укомплектованном пакетом программ «PROGRESS 320» (НПО «ВНИИФТРИ»).
Как показали результаты исследований, плотность загрязнения почвенно-растительного покрова 90Sr и 137Cs по трем улусам Республики Саха (Якутия) (таблица 1) носит сравнительно равномерный характер и приближается к уровням, отмеченным для других почвенно-климатических зон Севера, что свидетельствует о глобальном характере радиоактивного загрязнения [5].
Полученные данные по распределению 137Cs и 90Sr в почвенно-растительном покрове показали, что в почвах, где оттаивание мерзлоты в летнее время доходит до глубины 1,5–3 м, вертикальная миграция радионуклидов приближается к уровням, характерным для других почвенно-климатических зон [1]. Однако в тундровой зоне, где многолетняя мерзлота в летнее время лежала на глубине 20–30 см от дневной поверхности, наблюдалась наименьшая миграция радионуклидов вглубь почвенного профиля, что объясняется тем, что мерзлота препятствует проникновению почвенной влаги с растворенными в ней радионуклидами.
Экспериментальные данные по физико-химическим формам нахождения 137Cs и 90Sr в обследованных мерзлотных почвах согласуются с литературными данными по другим почвенно-климатическим зонам [2, 3, 4].
Как показали исследования, уровни загрязнения лесной зоны средней, южной и горной тайги, а также тундры составили 1,4–2,15 кБк/м2 по 137Cs, и 0,58–1,01 кБк/м2 по 90Sr. Наибольшая плотность загрязнения 137Cs (2,15 кБк/м2) регистрировалась в южной тайге (первая надпойменной терраса р. Чара), наименьшая (1,4 кБк/м2) – в горно-таежном редколесье Приверхоянской равнины (северная тайга). По 90Sr наибольший уровень загрязнения был характерен для кустарничковой тундры Колымской низменности (1,01 кБк/м2), наименьший (0,58 кБк/м2) – для горно-таежного редколесья Приверхоянской равнины (северная тайга).
Следует отметить, что плотность загрязнения обследованных участков существенно не различалась, что может свидетельствовать о глобальном характере радиоактивного загрязнения на территории Якутии.

Вертикальное распределение цезия-137 и стронция-90 в почвенно-растительном покрове

Данные по миграции радионуклидов в вертикальном профиле почв показали, что распределение 137Cs и 90Sr в почвенном профиле в наибольшей степени зависит от типа, свойств почв и гидрологического режима.
В таблице 2 показано вертикальное распределение 137Cs и 90Sr в почвенно-растительном покрове средней, южной и северной тайги, а также тундровой зоны Якутии.
Влияние многолетней мерзлоты на вертикальную миграцию радионуклидов в почвах особенно хорошо проявлялось в тундровой зоне Нижнеколымского района, где мерзлота залегала в июле месяце на глубине 20–30 см от поверхности почвы. Для тундрового подбура была характерна наименьшая миграция 137Cs и 90Sr вглубь почвенного профиля. Наибольшее содержание
137Cs (Бк/кг) в подбуре регистрировалось в подстилке (А0 0–2 см), а 90Sr – в верхнем профиле почвы (Вh 2–5 см). На глубине 5–
10 см активность 137Cs и 90Sr находилась на пределе обнаружения приборов.
При исследовании глинистой и песчаной почвы в Южной Якутии, были получены следующие результаты. Наибольшая миграция 137Cs вглубь почвенного профиля наблюдалась в песчаной почве. По распределению 90Sr существенных различий между двумя почвами не наблюдалось. В глинистой почве наибольшее содержание 137Cs и 90Sr отмечалось в верхнем горизонте почвы, которое было выше, чем в горизонте (А0 0–3 см), состоящем из лишайников. На глубине 5–10 см наблюдался резкий спад активности нуклидов, отношение 137Cs/90Sr уменьшилось с 1,5 до 0,5, что может говорить о большей миграционной способности 90Sr вглубь профиля. Это можно объяснить высоким содержанием в почве физической глины, которая, как известно, обладает высокой сорбционной способностью по отношению к 137Cs. В профиле песчаной почвы, также как и в тундровом подбуре, наибольшее содержание 137Cs отмечалось в подстилке (А0 0–3 см), а 90Sr – в верхнем горизонте (А 3–5 см). В отличие от глинистой, в песчаной почве не прослеживалось резкого падения активности 137Cs с глубиной, а наблюдалось плавное снижение. Распределение 90Sr в профилях двух почв не имело существенных различий.
Для северотаежной типичной (тиксотропной) щебнистой почвы северной тайги также было характерно максимальное содержание 137Cs в подстилке, а 90Sr – в верхнем горизонте почвы, с последующим резким снижением с глубиной.

Горизонтальная миграция цезия-137 и стронция-90 в почвенно-растительном покрове

Наряду с вертикальной миграцией, происходит и горизонтальное перемещение радионуклидов. Горизонтальная миграция радионуклидов играет существенную роль и оказывает влияние на дальнейшую судьбу продуктов ядерного деления в биоценозах. На горизонтальную миграцию большое влияние оказывает рельеф местности. Исследование сопряженного по стоку участка ландшафта первой надпойменной террасы р. Лена, расположенного в районе п. Кильдямцы (средняя тайга), показало, что наибольшая плотность загрязнения 30-сантиметрового слоя почвы 137Cs и 90Sr, отмечалась в подножии увала, наименьшая – регистрировалась в вершине, а склон занимал промежуточное положение (таблица 3).
Более низкое отношение 137Cs/90Sr (1,5), отмеченное в почве подножия увала, может говорить об относительно большей мобильности 90Sr в ландшафте, по сравнению с 137Cs.

Формы нахождения радионуклидов в почвах

Для объективного рассмотрения миграции радионуклидов во внешней среде необходимо учитывать их распределение в почве между фракциями, отличающимися природой и энергией связи с различными компонентами. Изучение форм нахождения радионуклидов в почвах позволяет выделить ту фракцию нуклида, которая наиболее активно включается в биогеохимические циклы миграции и позволяет использовать эту информацию в прогностических моделях.
Результаты определения форм нахождения 137Cs и 90Sr в почвах представлены в таблице 4. Для исследования брался только верхний горизонт почв, поскольку нижележащие слои обладали низкой активностью.
Как показали исследования (таблица 4), для всех почв был характерен низкий переход 137Cs в водную вытяжку. Содержание водорастворимого 137Cs в исследованных почвах составляло до 1,2 и 1,8 % в тундровом подбуре и песчаной почве соответственно.
Фиксация 137Cs в почве обусловлена взаимодействием ионов нуклида с кристаллической решеткой глинистых минералов, количество которых особенно высоко в суглинистых почвах. Остальные почвы занимали промежуточное положение.
Переход 90Sr в водную вытяжку для всех почв был значительно выше и составлял от 1,6 в глинистой почве, до 8,3% – в тундровом подбуре.
Диапазон количества 137Cs, переходящего в аммонийно-ацетатную вытяжку и 1 М HCl (обменные и фиксированные формы), варьировался от 7,8 до 20,9 и был примерно одинаков для обследованных почв. Количество обменного 90Sr заметно преобладало по сравнению с другими фракциями и составляло от 49,9 до 63 %. Количество 90Sr, извлеченного 1N HCl, составляло 17,5–32,5 % от общего содержания нуклида в почвах. Во фракции, извлекаемой кипящим 6N HCl (необменные формы), содержание 137Cs в почвах находилось в пределах 15,5–38,8 %. Доля 90Sr во фракции этой почвы была значительно меньше – 4–17% от общего содержания. Наибольший остаток 137Cs после четырех обработок наблюдался в глинистой почве – 65,5%, в остальных почвах остаток составлял от 33,2 до 48 %.

Библиографический список:
1. Алексахин Р.М., Нарышкин М.А. Миграция радионуклидов в лесных биогеоценозах. – М.: Наука, 1977, 142 с.
2. Куликов Н. В., Молчанова И. В. Континентальная радиоэкология. – М., Наука, 1975.
3. Осипов В.Б. Физико-химические особенности поведения
цезия-137, стронция-90 и их стабильных изотопов в почвах различных экосистем Брянской области в зоне аварии ЧАЭС / Автореф. дис. канд. биол. наук. – Обнинск: Ин-т с/х радиологии
и агроэкологии, 1996, 20 с.
4. Павлоцкая Ф.И. Формы нахождения и миграция радиоактивных продуктов глобальных выпадений в почвах / Автореф. дис. докт. биол. наук. – М.: Ин-т геохимии и аналитической химии
им. Вернадского АН СССР, 1981, 43 с.
5. Aarkrog A., Dahlgaard H., Frissel M. et al. Sources of anthropogenic radionuclides in the Southern Urals // J. Environ. Radioactivity. 1992, V. 15. P. 69–80.