Введение к работе
Актуальность темы. Развитие ядерных технологий, растущие объемы добычи и переработки урановых руд и углеводородного сырья приводят к повышению содержания тяжелых естественных радионуклидов (ТЕРН) в окружающей среде. С 1993 по 2002 г. мировое потребление урана возросло на 34 %, вследствие чего увеличилось количество радиоактивных отходов (РАО), являющихся одним из наиболее опасных потенциальных источников загрязнения окружающей среды (Состояние минерально-сырьевой..., 2004; Куриленко, Хайкович, 2004).
В местах добычи и переработки сырья с повышенным содержанием ТЕРН, как и в районах захоронения РАО, происходит вторичное техногенное рассеяние долгоживущих радионуклидов вследствие непрерывно протекающих процессов выветривания и миграции в ландшафтах. При этом меняется подвижность радиоактивных элементов. Они включаются в биологический круговорот, изменяя условия существования живых организмов водных и наземных экосистем. Для населения, проживающего вблизи мест переработки и захоронения радиоактивного сырья, локальные загрязнения становятся постоянным источником техногенного облучения и дополнительного риска (Тяжелые естественные..., 1990; Титаева, 2005; Baker, Toque, 2005).
Предупреждение негативных последствий радиационного воздействия на окружающую среду возможно при условии долгосрочного прогнозирования миграции и перераспределения радиоактивных элементов в компонентах экосистем. Особую значимость эти исследования приобретают в случае необходимости разработки мероприятий по реабилитации территорий, загрязненных в результате прошлой деятельности предприятий оборонной и атомной промышленности. Долгое время их функционирование происходило при отсутствии необходимой информации для организации экологически безопасной работы, а захоронение отходов проводилось без обустройства могильников. Одним из таких районов, где отходы производства 228Ra в 1930-1950 гг. сбрасывали в окружающую среду и складировали без специального захоронения, является пос. Водный в Республике Коми.
Выполненные ранее (1963-1974 гг.) исследования на данной территории были нацелены на изучение перераспределения ТЕРН в отдельных компонентах экосистем или звене миграции радионуклидов (Русанова, 1964, 1965; Верховская и др., 1972; Груздев, 1972; Овченков 1972; Таскаев, 1979). Настоящая работа акцентирована на изучении закономерностей этих процессов в долговременном аспекте за период с 1962 по 2010 г., при этом рассматривается совокупность путей миграции радионуклидов в окружающей среде, что позволяет более полно оценить социально-экологическую опасность подобных загрязнений.
Цель исследования заключалась в изучении процессов долговременной миграции 238U, 226Ra и 23zTh в компонентах наземных и водных экосистем, нарушенных в результате деятельности предприятий по производству 228Ra.
В задачи исследования входило:
-
Изучение пространственно-временных особенностей миграции 238U, 226Ra и 232Th в почвах с различным генезисом радиоактивного загрязнения;
-
Изучение функциональных связей физико-химических характеристик радиоактивно загрязненных почв с содержанием в них 238U, 226Ra и 232Th, а также оценка роли тонкодисперсных гранулометрических почвенных фракций в процессах миграции 22eRa;
-
Оценка роли различных видов растительности в перераспределении 238U, 22eRa и 232Th в почвах с различным генезисом загрязнения и уровнем содержания радионуклидов;
-
Оценка сезонной миграции 238U n22eRa с грунтовыми и поверхностными водами и их роли в потенциальном загрязнении прилегающих к радиоактивно загрязненным участкам территорий.
Научная новизна. Анализ пространственно-временного распределения 22eRa, 238U и 23ZTh, охватывающий период с 1962 по 2010 г., позволил выявить долговременные изменения миграционной способности и запасов в экосистемах радионуклидов, поступивших с жидкими и твердыми радиоактивными отходами в результате прошлой деятельности химических заводов по производству 228Ra. Показано, что, несмотря на давность загрязнений и малоподвижную форму нахождения в почвах радионуклидов, они активно перераспределяются по компонентам нарушенных экосистем.
Установлено влияние физико-химического и минералогического составов техноподзолистой и химически загрязненной дерново-луговой почв на распределение в них радионуклидов. Показано, что максимальное количество 226Ra сосредоточено в почвенных фракциях с наиболее высоким содержанием органического вещества и глинистых минералов группы смектита и иллита.
Установлены зависимости концентраций в растениях и коэффициентов биологического поглощения 238U и 22eRa от их удельных активностей в почвах. Показано, что при повышенном содержании в почвах радионуклидов их биологическое поглощение наилучшим образом аппроксимируется степенной функцией. Оценка выноса 226Ra растительностью указывает на более активное участие в перераспределении радионуклида на нарушенных территориях древесных растений, по сравнению с травянистыми видами.
Представлена сезонная динамика миграции 238U и 22eRa с грунтовыми и поверхностными водами, которая свидетельствует о повышении удельной активности радионуклидов при максимальном уровне исследуемых вод.
Теоретическая и практическая значимость работы. Результаты по изучению многолетней динамики миграции 238U, 22eRa и 232Th в почвах с различным генезисом радиоактивного загрязнения дополнят знания в области теоретической и прикладной радиоэкологии. Полученные в работе функциональные связи физико-химических характеристик техногенно загрязненных почв с содержанием в них 238U, 226Ra и 232Th и выявленные механизмы фиксации 22eRa в почвенно-поглощающем комплексе могут быть использованы для построения моделей распространения этих радионуклидов в почвенном профиле. Выявленные особенности миграции 238U и 22eRa из зоны захоронения РАО с грунтовыми и поверхностными водами являются основой для прогнозирования дальнейших путей миграции радиоактивных элементов. Полученные в работе зависимости параметров биологического поглощения 238U, 22eRa и 232Th от их концентраций в почвах могут применяться для параметризации радиоэкологических моделей, целью которых являются оценка степени радионуклидных загрязнений и дозовых нагрузок на живые организмы.
С практической точки зрения, выявление закономерностей миграции радиоактивных элементов в объектах окружающей среды имеет приоритетное значение в связи с реализацией утвержденных Правительством РФ Федеральных целевых программ по «Обеспечению ядерной и радиационной безопасности», к выполнению которых проведенные исследования имеют непосредственное отношение.
Личный вклад автора. Соискатель принимал участие в постановке и решении задач исследования, сборе полевого материала и его радиохимическом анализе за период 2002-2010 гг., статистической обработке, анализе и опубликовании полученных результатов. Первичные данные по содержанию радионуклидов в почвах и растениях за 1981 г. были получены сотрудниками Отдела радиоэкологии Л.И. Адамовой, Э.И. Кирушевой, Т.Н. Музакка, к.б.н. И.И. Шуктомовой совместно с заведующим к.б.н. А.И. Таскаевым, который любезно их предоставил.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на XII, XIII, XV, XVIII молодежных конференциях «Актуальные проблемы биологии и экологии» (Сыктывкар, 2004, 2005, 2007, 2010),
V съезде по радиационным исследованиям (Москва, 2006), на международных научных конференциях «Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека» (Томск, 2004), «Экологические проблемы северных регионов и пути их решения» (Апатиты, 2004), «Биорад-2006», «Биорад-2009 » (Сыктывкар, 2006, 2009), «Геохимия биосферы» (Москва, 2006), «Проблемы рационального использования природного и техногенного сырья Баренцева региона в технологии строительных и технических материалов» (Сыктывкар, 2007), «Современные проблемы загрязнения почв» (Москва, 2007).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 работ, в том числе четыре статьи в рецензируемых журналах из списка ВАК.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 156 страницах машинописного текста и состоит из введения, пяти глав, выводов и списка литературы. Работа иллюстрирована 30 рисунками, содержит 42 таблицы и 7 приложений на 9 страницах. Список литературы включает 223 источника, из них - 96 на иностранных языках.
