Уровень активности радионуклидов в цезиевом пятне Пензенской области на крутых и пологих склонах Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

ИЗВЕСТИЯ

ПЕНЗЕНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ПЕДАГОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА имени В. Г. БЕЛИНСКОГО ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ № 29 2012

IZVESTIA

PENZENSKOGO GOSUDARSTVENNOGO PEDAGOGICHESKOGO UNIVERSITETA imeni V. G. BELINSKOGO NATURAL SCIENCES № 29 2012

УДК 634.948: 661.879

УРОВЕНЬ АКТИВНОСТИ РАДИОНУКЛИДОВ В ЦЕЗИЕВОМ ПЯТНЕ ПЕНЗЕНСКОЙ ОБЛАСТИ НА КРУТЫХ И ПОЛОГИХ СКЛОНАХ

© О. А. БАРСУКОВ, Д. В. ЯЗЫКЕЕВ Пензенский государственный педагогический университет им. В.Г. Белинского,

кафедра зоологии и экологии e-mail: yazikeew986@yandex.ru

Барсуков О. А., Языкеев Д. В. - Уровень активности радионуклидов в цезиевом пятне Пензенской области на крутых и пологих склонах // Известия ПГПУ им. В.Г. Белинского. 2012. № 29. С. 363-368. - Работа посвящена анализу особенностей миграции радионуклидов на обрабатываемых и заброшенных склонах различной степени крутизны в цезиевом - пятне «Лунино-Вышелей». Цель исследования состояла в изучении распределения радионуклидов в зависимости от характера рельефа, формы профиля, степени крутизны склона, обработки почвы и других особенностей рельефа. Изучалась активность следующих нуклидов: 40К, 137Cs, 226Ra, 232Th и 241Am существенно различающихся между собой периодами полураспада.

Название 137Cs 40K 226Ra 232Th 241Am

Период Т лет 30,2 1,3*109 1600 1,4*1010 432,6

Ключевые слова: крутые и пологие склоны, миграция, радионуклиды, обрабатываемые и заброшенные склоны.

Barsukov O. A., Yazykeev D. V. - Level of activity of radionuclides in a caesium spot of the Penza region on abrupt and gentle slopes // Izv. Penz. gos. pedagog. univ. im.i V.G. Belinskogo. 2012. № 29. P. 363-368. - Work is devoted to the analysis of features of migration of radionuclides on the processed and thrown slopes of various degree of a steepness in the caesium - a spot "Lunino-Vysheley". The research objective consisted in studying of distribution of radionuclides depending on character of a relief, a form of a profile, degree of a steepness of a slope, processing of the soil and other features of a relief. Activity of the following nuclides was studied: 40К, 137Cs, 226Ra, 232Th and 241Am essentially differing among themselves half-life periods. It is established that the radiating situation depends both on half-life periods of the listed isotopes, and from a relief and the direction of processing of the soil concerning a slope.

Name 137Cs 40K 226Ra 232Th 241Am

Period of T of years 30,2 1,3*109 1600 1,4*1010 432,6

Keywords: abrupt and gentle slopes, migration, the radionuclides processed and thrown slopes.

Через несколько лет после аварии на Чернобыльской АЭС (1986г) в Европейской части нашей страны были проведены крупномасштабные измерения загрязненности ее территорий радионуклидами различного происхождения. На основании этих исследований был создан Атлас карт радиационной обстановки на указанных территориях [4]. В частности согласно Атласу в пределах Пензенской области было выявлено несколько очагов радиоактивного поражения, причем наиболее крупный из них, занимающий сравнительно большую территорию в лесостепной зоне, получил официальное название «Цезиевого пятна Лунино-Вышелей» [7].

Нами, начиная с середины 90-х годов прошлого столетия, проводится систематический радиационный наземный мониторинг, причем большой объем изме-

рений осуществляется в пределах указанного цезиевого пятна. Эти наблюдения позволили проследить за сравнительно большой период времени порядка нескольких десятилетий динамику пространственных перемещений радионуклидов [1].

Заметим, что по сравнению с другими обнаруженными в России территориями, загрязненными радионуклидами, радиоактивность в рассматриваемом пятне является наиболее низкой, что объясняется его максимальной удаленностью (около 1100 километров) от эпицентра взрыва на ЧАЭС. Большинство исследователей ограничивались изучением наиболее корот-коживущего нуклида - 137Cs. Его активность в ряде загрязненных радионуклидами районах в 90-х годах составляла 70-90 Ки/км2 тогда, как в пятне Лунино-Вышелей она доходила в то время до 5-7 Ки/км2; ныне

же (2012 год) активность 137Сз лишь на некоторых участках этого пятна достигает 1,5-2 Ки/км2, что все же выше ПДК, равного 1 Ки/км2 [2,4].

Наземный радиационный мониторинг цезиевого пятна Лунино-Вышелей осуществлялся до сих пор в основном на не культивируемых почвах: в лесах, на лугах и целине горизонтального профиля.

Благодаря сравнительно малому периоду полураспада 137Сз его активность сойдет практически «на нет» через 20-30 лет, тогда как другие нуклиды будут распадаться в течение многих столетий [6].

Данная работа посвящена изучению распределения активности пяти примесей - у излучателей, в число которых входит три радиоактивных изотопа природного происхождения: 40К, 226Иа, 232ТИ. и два антропогенного: 137Сз, 241Лш.

Нижеописываемые наблюдения выполнены на наклонных почвах в пределах указанного цезиевого

пятна. Часть из них осуществлена на обрабатываемых или заброшенных после аварии на ЧАЭС почвах, имеющих склон крутизной 300 и 450 (Сандерки и Ферлю-динка), а часть - на обрабатываемом поле крутизной 15-250 (поселок Лунино).

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В местах отбора проб почвы изучалась мощность дозы гамма-излучения испускаемого указанными радионуклидами. Для обследования выбирался участок размером приблизительно 100 на 100 метров на природных ландшафтах [3].

Для сравнения активности исследуемых радионуклидов были выбраны три склона.

Первый из них расположен близ деревни Фер-люндинка крутизной 450 с прямой формой рельефа, располагающийся на северной стороне (рис. 1.), причем в пойме реки произрастают ивы и ветлы.

Рис. 1. Профиль участка и точки отбора проб (деревня Ферлюндинка).

Почва - чернозем оподзоленный, тяжелосуглинистый. Поле готовилось к посеву озимых культур и проходило обработку почвы в несколько культиваций. Боронование почвы осуществлялась вдоль по склону, что приводило к образованию борозд после ее обработки. В результате, сорная растительность, произрастающая, на нем уничтожалась.

Второй склон близ села Сандерки расположенный с южной стороны, имеет рельеф прямой формы, крутизной 300 (рис. 2).

Почва темно-серая лесная, характерная для лесов Пензенской области. После чернобыльской аварии исследуемое поле не обрабатывалось более 10 лет. Видовой состав растительности бедный, в течение вегетативного периода остается стабильным и представленным разнотравьем: земляникой обыкновенной, тысячелистником обыкновенным, клевером бело-головником, полынью, ромашкой и др. Средняя часть склона бедна травостоем, а корневая система менее распространена по этому участку.

Третий склон представляет собой обрабатываемое поле близ поселка Лунино крутизной 15- 250 и выпукло-вогнутой формой рельефа, располагаясь на юго-восточной стороне (рис. 3).

Почва состоит из чернозема выщелоченного. Пробы образцов отбирались в момент повторной обработки почвы. На данном участке культивация поля производилась по диагонали склона.

Отбор и подготовка проб к анализу осуществлялись по «Методическим рекомендациям...», утвержденным приказом МПР России от 17.04.2007 №101 [3,10]. Образцы отбирали с помощью специализированного бура с углублением до 10 см на пробных площадках из нескольких слоев методом конверта. Путем смешивания точечных проб, отобранных на пробных площадках, получали один обобщенный образец массой не менее 1 кг. Каждому из них присваивали номер [3].

Затем пробы отправлялись в лабораторию для дальнейшего анализа. Перед определением актив-

экология ►►►►>

Рис. 2 Профиль участка и точки отбора проб (село Сандерки).

Высота

Рис. 3 Профиль участка и точки отбора проб (поселок Лунино).

ности радионуклидов, образец почвы рассыпали на бумагу и сушили на открытом воздухе. Затем пробу измельчали пестиком, одновременно удаляя посторонние предметы и примеси (корни растений, насекомых, камни, стекло, уголь, кости животных и др.). Для полного высушивания до воздушно-сухого состояния пробу помещали в сушильный шкаф, и после полного высушивания её взвешивали с точностью до 1 грамма.

Уровень активности изучаемых радионуклидов в образцах определяли с помощью высокоточного гамма-спектроскопического комплекса СКС-50М. Описываемые измерения проводили спустя 25 лет после аварии на ЧАЭС.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Распределение радионуклидов в почве склона села Ферлюндинка крутизной 450 приведено на рисунке 4 и в таблице 1. По оси ординат на рисунке 4 отложены активности в Бк/кг, а на оси абсцисс - расстояние от вершины исследуемой территории.

На всех кривых наиболее низкая активность радионуклидов наблюдается на расстоянии 50 м от вершины склона, причем ее значение в 1.2-1.5 раза ниже, чем в других его частях. Максимальная концентрация радионуклидов приходится на края участка. Такого рода закономерность перераспределения активности характерна для данных радиоизотопов и обусловлена поступлением их в почву с атмосферными осадками. Из полученных данных следует, что вертикальная миграция 40К, 137С8, 226Иа, 232ТИ. и 241Лш в наименьшей степени выражена в средней части склона, что, по-видимому, обусловлено более высокой скоростью потока воды и силой ветра на данном участке. На краях склона значения активности максимальны, что объясняется снижением скорости водного потока и замедлением миграции. На увеличение скорости потока влияет обработка почвы, в результате которой после боронования образуются небольшие борозды. Одновременно с культивацией почвы происходит миграция радиоактивной пыли. В начале и в конце участка со-

Рис. 4 Зависимость значения активности от расстояния между точками отбора проб.

Таблица 1

Распределение активности 40К, 137С«, 226Ка, 232ТЬ и 241Лш в почве склона крутизной 450 прямой формы (Бк/кг)

Проба, Активность радионуклида, Бк/кг

№ 40К 137С8 226Иа 232ТЬ 241Лш

Эксперимент «Ферлюндинка обрабатываемое поле склон 450»

1 276±80.8 29.25±1.5 12.5±6.36 8.4±0.95 21.66±5.11

2 156±26.38 22±1.27 10±2.82 7.5±2.64 14.5±2.5

3 172±50.06 18±1.13 5.66±2.08 5.25+1.5 11±1

4 194±37.1 39±7.54 15.75±1.25 15±4 16.7±2

5 284±38.89 53.5±7.77 21±9.16 31±3.31 21±11

вершаются развороты обрабатывающего агрегата. Это приводит к снижению скорости обработки, и снижению подъема пыли не в воздух: борозды в этих точках пересекаются, образуя преграды воде, что обеспечивает ее просачивание вместе с осевшей пылью вглубь почвы. В средней части участка борозды не пересекаются и идут параллельно друг другу, скорость обработки максимальна, что обеспечивает поднятие пыли и ее миграцию, а во время осадков она перемещается по бороздкам, как по канальцам, направляясь в пойменную часть склона. В весенний период времени пойменная часть затопляется, образуя илистые наносы, которые способствуют удержанию радионуклидов.

Другая картина распределения значений активности исследованных радионуклидов на заброшенном склоне близ села Сандерки крутизной 300 представлены на рисунке 4 и в таблице 2. По осям графиков рис. 5 отложены те же величины, что и на рис. 3.

Согласно данным рис. 5 максимум активности пяти радионуклидов приходится на правую конечную точку, расположенную в пойме. Наиболее низкая активность радионуклидов наблюдается в середине распределения, понижаясь в 1.1-1.5 раза. Повышенное значение активности в точках справа связано, по-видимому, с обилием травостоя растущих растений и сплетенной корневой системой удерживающей воду вместе с нуклидами, поступившими из атмосферы и переносом с верхней части склона. Как и в выше описываемом случае в пойменной части присутствуют илистые наносы, задерживающие радионуклиды.

Перейдем к анализу распределения пяти рассматриваемых нуклидов на обрабатываемом поле кру-

тизной 15-250 с выпукло-вогнутой формой рельефа расположенного в 10 км от Лунино в сторону Пензы (рис. 3). Полученные результаты исследования представлены на рис. 6 и таблице 3.

Распределение активности радионуклидов имеет выраженный волновой характер с наибольшими значениями активности в вогнутых частях склона. Минимальные значение активности соответствуют выпуклым частям склона.

В условиях склона с таким рельефом, из-за его волнистости и большей крутизны, скорость потока воды на отдельных участках более резко меняется, что отражается в колебаниях активности радионуклидов по сопряженным участкам склона. Поэтому в частности, в нижней правой части склона активность почти в 2 раза выше, чем в верхней части. Это, по-видимому, связано с выносом илистых частиц из верхнего слоя почвы и накоплением их в нижележащих промежутках участка. Так как обработка почвы культивируется по диагонали склона, то поток воды преодолевает большее расстояние по склону, что снижает его скорость и задерживает между вершинами рельефа. Возрастание скорости потока происходит «на скате» склона, где угол наклона и удаленность от вершины увеличиваются.

ВЫВОДЫ

В работе экспериментально исследованы особенности воздействия на активность радионуклидов (различающихся как периодами полураспада, так и спектральными характеристиками) рельефа почв трех различных профилей. Рассматривались как обрабатываемые, так и заброшенные склоны разной крутизны.

экология ►►►►>

Рис. 5. Зависимость значения активности от расстояния между точками отбора проб.

Таблица 2

Распределение активности 40К, 137С8, 226Ка, 232ТЬ и 241Лш в почве склона крутизной 300 прямой формы (Бк/кг)

Проба, Активность радионуклида, Бк/кг

№ 40К 137Cs 226Ra 232Th 241Am

Эксперимент «Сандерки заброшенное поле склон 300»

1 175±24.02 12.66±1.63 15.33±4.16 25.5±2.1 13.66±1.56

2 183+21.84 13.02±1.85 17±2.07 21.33±2.8 14.5±1.46

3 148±27.06 10.44±3.57 12.66±3.93 15.47±3.2 10.42±2.77

4 159±24.1 12.58±3.12 19.83±2.74 27.43±3.2 17.26±2.41

5 208±31.61 17.66±3.49 27.63±5.43 36.54±1.4 23.09±3.12

Рис. 6. Зависимость значения активности от расстояния между точками отбора проб.

Таблица 3

Распределение активности 40К, 137С8, 226Яа, 232ТЬ и 241Лш в почве склона крутизной 15-25° выпукло-вогнутой

формы (Бк/кг)

Проба, Активность радионуклида, Бк/кг

№ 40К 137Cs 226Ra 232Th 241Am

Эксперимент «Лунино обрабатываемое поле склон 15-25°»

1 82±2.82 21±2.82 11±0.82 10±1.41 12.33±0.88

2 65±5.65 24.5±2.12 15.5±0.74 12.25±0.95 16.66±0.44

3 84±4.24 36.5±3.53 18.5±2.12 9.5±1 14.66±1.11

4 70.5±2.12 32.5±2.12 14.3±2.51 14.75±2.06 25.3±1.11

5 82.65±3.1 38.3±2.18 19.5±1.57 18.5±1.4 26.03±0.39

Квадратичное отклонение по трем профилям в большинстве случаев меняется от 2 до 5 процентов, а у калия из-за высокой активности - от 20 до 50 процентов.

На всех исследованных участках, с различным рельефом четко прослеживается процесс миграции нуклидов по всему профилю склона, который зависит как от его формы и крутизны, так и от мощности потока воды.

На обрабатываемых полях процесс миграции (переноса) радионуклидов в почве, выражен в большей степени на тех участках, где обработка почвы производится по направлению крутизны склона.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Барсуков О. А. Радиационная экология. М.: Научный мир, 2003. С. 103.

2. Булдаков Л. А., Фитющкин И. В. Чернобыль. Вчера, сегодня, завтра. М.: Атомиздат, 1996. С. 87-120.

3. Карпов Ю. А. Методы пробоотбора и пробоподготов-ки. М.: Бином. Лаборатория знаний, 2003. 243 с.

4. Вакуловский С. М., Израэль Ю. А., Имшенник Е. В., Квасникова Е. В., Конторович Р. Ф., Назаров И. М., Никифоров М. И., Стуки Е. Д., Фридман Ш. Д. Атлас радиационного загрязнения европейской части России, Беларусии и Украины. М.: ИГКЭ. Ростография, 1998.

5. Буланова Л. Г, Дмитровская Т. А. Рекультивация почв от загрязнения тяжелыми металлами и радионуклидами.

6. Прохоров В. М. Миграция радиоактивных загрязнений в почвах. М.: Энергозатрат, 1981 С. 100.

7. Современные проблемы загрязнения почв / Сборник тезисов международной научной конференции. М.: МГУ им. Ломоносова, 2004.