Естественные и искусственные радионуклиды в мерзлотных почвах Якутии Собакин Петр Иннокентьевич

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1. Изученность проблемы, объекты и методы исследований П

1.1. Миграция радионуклидов в почвенно-растительном покрове криолитозоны

1.2. Объекты исследований 18

1.3. Методы полевых и лабораторных работ 54

1.3.1. Радиометрические и гамма-спектрометрические съемки.. 54

1.3.2. Отбор и подготовка проб к лабораторным анализам 57

1.3.3. Ядерно-физические анализы 59

1.3.4. Радиохимические анализы 60

1.3.5. Физико-химические и химические анализы 63

ГЛАВА 2. Природные условия региона 64

2.1. Физико-географическая характеристика исследуемого региона 64

2.2. Геологическое строение и геоморфология 65

2.3. Гидрография 67

2.4. Климат и многолетняя мерзлота 69

2.5. Растительность 77

2.6. Почвы 83

ГЛАВА 3. Миграция и распределение естественных радионуклидов в мерзлотных почвах 97

3.1. Радиоэкологические характеристики источников радионуклидного загрязнения мерзлотных ландшафтов.. 98

3.2. Миграция ЕРН с поверхностными водами и аккумуляция их в донных отложениях и аллювиальных почвах в условиях техногенного загрязнения ПО

3.3. Содержание и распределение ЕРИ в мерзлотных почвах естественных ландшафтов 123

3.4. Содержание и распределение ЕРН в мерзлотных почвах техногенных ландшафтов 142

3.5. Поступление ЕРН из почвогрунтов в растения 150

3.6. Запасы ЕРН в почвах ореолов ветрового и водного рассеяния из техногенных источников загрязнения 157

ГЛАВА 4. Пространственное распределение глобальных выпадений 137cs в мерзлотных почвах якутии 160

4.1. Современные уровни глобальных выпадений Cs в мерзлотных почвах 161

4.2. Особенности миграции и распределения 137Cs в мерзлотных почвах 165

1 7

4.3. Влияние лесных пожаров на миграцию Cs в мерзлотных почвах 178

ГЛАВА 5. Миграция искусственных радионуклидов в почвах зон воздействия аварийных подземных ядерных взрывов 187

5.1. Радиационная обстановка на объектах ПЯВ во время аварий и в последующие годы 188

5.2. Вертикальное распределение ИРН в мерзлотных почвах 209

5.3. Поступление ИРН из почв в растения 226

5.4. Вклад двух АПЯВ в радиоактивное загрязнение территории почв Западной Якутии 231

ГЛАВА 6. Приёмы организации радиоэкологических работ и реабилитации радиоактивно загрязненных территорий якутии 241

6.1. Особенности проведения радиоэкологических работ и организация мониторинга на территориях,

подвергнутых радионуклидному загрязнению 242

6.2. Особенности проведения дезактивационных работ на территориях, загрязненных радионуклидами в условиях

многолетней мерзлоты 265

Заключение 276

Выводы 290

Список литературы

• Методы полевых и лабораторных работ
• Климат и многолетняя мерзлота
• Содержание и распределение ЕРИ в мерзлотных почвах естественных ландшафтов
• Особенности миграции и распределения 137Cs в мерзлотных почвах

Введение к работе

Актуальность темы. На территории Республики Саха (Якутия) в последней трети прошлого века выполнялись широкомасштабные геологические изыскания радиоактивного сырья, было проведено 12 подземных ядерных взрывов (ПЯВ), из которых два признаны аварийными (Цыганов, 1993; Наумов, Шумилин, 1994; Бурцев и др., 2000). Кроме того, регион неоднократно подвергался загрязнению долгоживущими искусственными радионуклидами в результате ядерных испытаний на Новой Земле и крупной радиационной аварии на Чернобыльской АЭС (Израэль и др., 1990; Иванов и др., 1997). Намечается промышленное освоение месторождений: урановых -Эльконской группы (Южная Якутия) и комплексной редкометальной - Том-торской (Северо-Западная Якутия). В современных условиях радиоактивного загрязнения окружающей среды почвы являются в наземных экосистемах основным депозитарием радионуклидов и биогеохимическим барьером их транспорта в растения, животных и организм человека (Алексахин, 2009). В настоящее время остаются слабо изученными закономерности миграции естественных и искусственных радионуклидов в мерзлотных почвах криолито-зоны, в том числе и в Якутии (Алексеев и др., 1993; Михайловская и др., 1995, 1996; Павлов, 2000; Яковлева, 2006 и др.). Вместе с тем на обширной территории преимущественно сплошной многолетней мерзлоты формируются уникальные ландшафты со специфическими почвами, флорой и фауной, характерными только для криолитозоны, и требующие особого подхода для их научного изучения.

Цель исследований - выявить закономерности миграции и распределения естественных (⁴⁰К, ²³⁸U, ²²⁶Ra, ²²²Rn, ²¹⁰РЬ и ²³²Th) и искусственных ( Cs, Sr и " Pu) радионуклидов в мерзлотных почвах тундровой и таёжной зон Якутии в условиях техногенного загрязнения разного генезиса.

Для выполнения поставленной цели необходимо было решить следующие основные задачи:

идентифицировать места формирования отвалов радиоактивных пород и руд на территории урановых месторождений (хребет Улахан-Чистай и Алданское нагорье);

выявить особенности распределения ⁴⁰К, ²³⁸U, ²²⁶Ra и ²³²Th в мерзлотных почвах, сопряженных по стоку природных ландшафтов, и техногенно-загрязненных участков исследуемой территории;

изучить особенности миграции U и продуктов его распада по вектору стока водных артерий и масштабы аккумуляции этих радионуклидов в донных отложениях водоемов и аллювиальных почвах пойменных ландшафтов Якутии;

установить основные закономерности поступления U и продуктов его распада из почв и мелкозема отвалов в различные группы растений (деревья, кустарники, травы и мхи);

определить уровни содержания и выявить закономерности распреде-

1 "37

ления Cs в мерзлотных почвах сопряженных по стоку ландшафтов равнинных и горных областей Якутии;

- оценить уровни содержания и особенности перераспределения Cs,

Q0 9"^Я 940

Sr и Ри в почвенно-растительном покрове в зоне воздействия аварий-

ных подземных ядерных взрывов (АПЯВ) "Кратон-3" и "Кристалл";

- разработать приемы организации радиоэкологических работ и реаби
литации радиоактивно-загрязненных территорий, адаптированные к мерз
лотным почвам криолитозоны.

Научная новизна. Впервые получены оригинальные данные, характеризующие закономерности миграции, распределения и перераспределения естественных радионуклидов (ЕРН) в профиле мерзлотных почв природных и техногенно-загрязненных ландшафтов тундровой и таежной зон Якутии. Оценены масштабы аккумуляции и рассеяния ЕРН в почвах отдельных техногенных участков мерзлотных ландшафтов. Установлены закономерности миграции и перераспределения Cs в мерзлотных почвах геохимически сопряженных по стоку элементов тундровых и таёжных ландшафтов в период стабилизации глобальных выпадений. Впервые выявлены закономерности

1 ~\П QO

миграции и распределения искусственных радионуклидов (ИРН) Cs, Sr и

2"зо 940

Pu в почвенно-растительном покрове северной тайги криолитозоны при разовом их выпадении из атмосферы в результате радиационных аварий. Проведена количественная оценка запасов ¹³⁷Cs, ⁹⁰Sr и ²³⁸"²⁴⁰Pu в мерзлотных почвах в зоне воздействия АПЯВ "Кратон-3". Показана роль криогенных и пирогенных процессов, а также влияния климатических изменений водности термокарстовых котловин (аласов) и многолетнемерзлых пород в миграции и перераспределении ЕРН и ИРН в почвенном покрове мерзлотных ландшафтов Якутии.

Защищаемые положения.

1. В условиях криолитозоны Якутии криогенные процессы и цикличность водности аласных котловин определяют особенности вертикального распределения ЕРН в профиле мерзлотных почв, сопряженных по стоку участков ландшафтов.

2. В горно-таёжных ландшафтах криолитозоны Якутии высокие по уровню и краткие по времени паводки поверхностных (речных) вод определяют дальность залпового водного переноса ЕРН из источников загрязнения по вектору стока и особенности их накопления в аллювиальных почвах.

3. Ландшафтно-климатическая специфика Якутии и значительная удаленность её от ядерных испытательных полигонов (Новая Земля, Семипалатинск) предопределили уровни загрязненности почвенного покрова глобаль-но-атмосферно-выпавшим Cs. При этом закономерности его латеральной и вертикальной миграции в почвах зависят от мерзлотной обстановки и природно-климатических условий исследуемой территории.

4. Особенности радиационной аварии при проведении ПЯВ "Кратон-3" и природно-климатические условия северной тайги криолитозоны Якутии определяют исходную мозаичность радиоактивного загрязнения, его радио-нуклидный состав и скорость миграционных потоков в почвенно-растительном покрове.

Теоретическая и практическая значимость. Полученные результа-

ты по миграции, распределению и перераспределению естественных и искусственных радионуклидов в почвах тундровой и таёжной зон Якутии в условиях техногенного загрязнения разного генезиса дают возможность прогнозировать направленность и интенсивность переноса радионуклидов в профиле почв, сопряженных по стоку ландшафтов, и обосновать оптимальные приёмы опробования и дезактивации мерзлотных почв криолитозоны. Результаты были использованы для:

- разработки схемы мониторинговых работ на критических территори
ях Якутии;

составления радиационных паспортов объектов ПЯВ "Кратон-3", "Кристалл", "Кимберлит-4" и "Горизонт-4"; законсервированных геологоразведочных участков урановых месторождений Агей, Гурга, Новый-Ус и Томтор на хребте Улахан-Чистай;

экологического обоснования добычи алмазов открытым способом на лицензионных участках долин рек Большая Куонамка и Талахтах в северо-западной Якутии; проведения разведочных буровых работ на лицензионных участках урановых месторождений Элькон, Эльконское плато, Курунг, Интересное, Непроходимый и Дружное Эльконского ураново-рудного района (Южная Якутия); проекта строительства железнодорожного подъездного пути к Эльконскому горно-металлургическому комбинату и мостового перехода через р. Лена;

радиоэкологического мониторинга в зоне воздействия АПЯВ "Кратон-3" и "Кристалл";

оценки радиационной обстановки в местах компактного проживания коренных жителей Севера.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на Международных и Всероссийских научно-практических конференциях по проблемам почвоведения (Москва, 1998; Томск, 2005; Ростов-на-Дону, 2007; Владивосток, 2007); III-IV съездах Докучаевского общества почвоведов (Суздаль, 2000; Новосибирск, 2004); IV-VII съездах по радиационным исследованиям (Москва, 2001, 2006, 2010, 2014); Республиканской конференции "Итоги геокриологических исследований в Якутии в XX веке и перспективы их дальнейшего развития" (Якутск, 2001); ІІ-ІІІ республиканских научно-практических конференциях "Радиационная безопасность Республики Саха (Якутия)" (Якутск, 2004, 2011); научно-практической конференции "Актуальные вопросы радиационной гигиены" (Санкт-Петербург, 2004); III-V Международных конференциях "Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека" (Томск, 2004, 2009, 2013); Шведско-Российском семинаре "Результаты воздействия АПЯВ "Кратон-3" на северные экосистемы" (Стокгольм, 2007); VI-VII Международных научно-практических конференциях "Тяжёлые металлы и радионуклиды в окружающей среде" (Семей, 2010, 2012); 9 Международном почвенном конгрессе "Душа почвы и цивилизация" (Side, Antalia/Turkey, 2014).

Личный вклад автора. Планирование, организация и проведение всех полевых и лабораторных исследований осуществлялось с участием автора.

Все полученные данные обрабатывались и обобщались диссертантом. Работа выполнена в соответствии с плановыми бюджетными темами ИБПК СО РАН и конкурсных проектов РФФИ (№ 02-04-49455 (2002-2004 гг., исполнитель); № 03-04-96039 Арктика (2003-2005 гг., руководитель); № 06-04-96000 рвостока (2006-2008 гг., руководитель); № 00-04-98501 рвостока (2008-20011 гг., руководитель); Государственного контракта Росатома № 1.30.05.16/3 (2005-2006 гг., исполнитель), а также проектов Министерства охраны природы Республики Саха (Якутия): № 11 (2006 г.), № 47 (2007 г.), № 21 (2010 г.), № 8 (2011 г.), № 24 (2011 г.), № и (2012 г.), № 16 (2012 г.), № 19 (2013 г.), № 20 (2013 г.) и № 21 (2013 г.), в которых автор являлся руководителем.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 79 научных работ, в том числе 4 монографии, 22 статьи в рецензируемых журналах.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 308 страницах и состоит из введения, 6 глав, выводов и списка литературы, содержит 70 рисунков и 61 таблицу. Список литературы включает 292 литературных источника, в том числе 22 работы иностранных авторов.

Методы полевых и лабораторных работ

Криолитозона занимает 2/3 территории России и 1/4 поверхности суши. В России криолитозона охватывает окраины Европейского Севера (часть Кольского полуострова, Малоземельскую и Болыпеземельскую тундры), затем её южная граница опускается по Уральскому хребту, в Западной Сибири она распространена от побережий Карского моря до Сибирских увалов, занимает почти всю Восточную Сибирь до широт Байкала и большую часть территории Дальнего Востока (Павлов, 2008). На такой огромной территории закономерности миграции и распределения ЕРН и ИРН в мерзлотных почвах изучены крайне слабо. Между тем, здесь расположены Новоземельский испытательный ядерный полигон, Билибинская атомная электростанция, проведены мирные ПЯВ, велись широкомасштабные геологоразведочные работы на радиоактивные металлы (уран, торий) и другие полезные ископаемые (нефть, газ, алмазы, золото, сурьма, олово и др.) с последующей их промышленной разработкой (Ядерные..., 2000; Тектоника..., 2001; Павлов, 2008). В начале 60-70-х годов прошедшего века на территории Сибирской платформы, охватывающей среднюю часть бассейна реки Лена и её основных притоков Алдана и Вилюя, было изучено поведение ЕРН на основных этапах современного континентального осадочного процесса (мобилизация, транспорт и осаждение) в зависимости от состава горных пород, слагающих конкретный район исследований (Баранов, Титаева, 1961; Титаева, 1968; Титаева, Векслер, 1969). В результате показано, что в процессе современного континентального осадконакопления в мерзлотно-таёжной ландшафтной зоне Якутии при выветривании горных пород, слагающих водосборные пространства (ручьев, рек), с поверхностными стоками вынос урана на 50 % больше, чем тория. Установлено, что концентрации урана и тория в аллювиальных отложениях в среднем течении р. Лена - крупнейшей реки Сибири - на протяжении 1000 км от п. Мухтуя до г. Якутска остаются достаточно постоянными в пространстве (по всему сечению долины) и времени (не зависят от возраста аллювиальных отложений как русловой, так и пойменной фаций) и близки к кларку для земной коры. При этом отношение активностей U и Ra в аллювиальных отложениях р. Лена мало отличается от равновесного значения. Далее показано, что в условиях мерзлотных экосистем избирательное накопление изотопов урана донными осадками происходит лишь в застойном гидродинамическом режиме в присутствии гниющего органического вещества, главным образом в озерах и низинных торфяниках, где наблюдается восстановление урана, сорбированного предварительно осадком из воды. Изотопы радия и тория также способны концентрироваться органическим веществом илов и торфяников, но лишь в том случае, если они поступают туда в составе жидкого стока (Баранов, Титаева, 1961; Титаева, 2005).

Содержание ЕРН в почвах и горных породах на территории криолитозоны СССР было наиболее масштабно изучено в ходе проведения в 1968-1974 гг. самолетной и наземной гамма-спектральной съемок сотрудниками Института прикладной геофизики АН СССР в связи составлением карт мощности экспозиционной дозы, распределения естественных радионуклидов (урана, тория и калия) для всей территории страны (Болтнева и др., 1980а; Балясный и др., 19806). В силу разреженности сети съемок (между маршрутами полета 50-200 км в равнинной, а между отдельными наземными точками измерений 150-200 км - в горной части местности) на обследованной территории были получены только общие представления о региональных уровнях фоновой естественной радиоактивности по величине мощности экспозиционной дозы, выявлены некоторые региональные особенности в распределении ЕРН и вариабельность их средних содержаний в почвах и горных породах различного генезиса. В западной части страны (Европейская равнина и Западно-Сибирская низменность), отличающейся большей равнинностью рельефа, распределение содержания ЕРН в почвах подчиняется широтному фактору с характерным возрастанием с севера на юг. Показано, что такая закономерность обусловлена известной широтной зональностью почвенно-климатических условий и состава почвообразующих пород. Для восточной части страны (на восток от р. Енисей - Средне-Сибирское плоскогорье, Верхояно-Чукотская складчатая область, Алданское нагорье, Становой хребет и др.), характеризующейся гористостью и более сложным геологическим строением, отсутствием четко выраженной широтной зональности и наличием вертикальной поясности в размещении почв, распределение ЕРН в поверхностных образованиях (почвы, грунты) обусловлено, главным образом, составом коренных пород.

В 1990-2008 гг. специалистами Управления Госатомнадзора Республики Саха (Якутия), Института биологии СО РАН (ныне Институт биологических проблем криолитозоны СО РАН), Института экологии растений и животных УрО РАН, Якутского государственного университета (ныне Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова) и Якутской государственной сельскохозяйственной академии проведены отрывочные исследования на территории законсервированных горных выработок (штольни, шахты, канавы) Эльконской (Алданское нагорье), Сугунской (хребет Улахан-Чистай) и Мурунской (Олекмо-Чарское нагорье) групп урановых месторождений и на месте разработки монацитовой россыпи в центральной части Алданского нагорья. Тогда впервые радиометрическим (дозиметрическим) и гамма-спектрометрическим методами в отвалах радиоактивных пород и руд, складированных на дневную поверхность, были оценены мощность экспозиционной дозы гамма-излучения, концентрация ЕРН и удельная их эффективная активность (Ложников, 2004). Получены сведения об уровнях загрязненности основных компонентов мерзлотных горно-тундровых и горно-таёжных ландшафтов (почвы, растения, воды и донные отложения) ЕРН и некоторых их особенностях миграции в зоне воздействия радиоактивных отвалов (Собакин, Молчанова, 1994; Михайловская и др., 1996; Собакин, Молчанова 1996, 1998; Позолотина и др, 2000; Собакин и др. 2004; Павлов, 2009). Более поздние научно-исследовательские работы, проведенные в зоне урановых месторождений Алданского нагорья на территории расположения отвалов радиоактивных пород, позволили получить новые данные о водной миграции U, Ra и Rn с поверхностными водами водотоков из источников загрязнения (отвалов) в бассейне р. Алдан, поступлении ЕРН из почвы в растения, а также выявить особенности распределения ЕРН в гидроморфных почвах долинно-пойменных участков ландшафта (Чевычелов, Собакин, 2008; Собакин и др., 2011а; Собакин и др., 20116). В этих работах впервые изучалась миграция радона в ландшафтах Эльконского ураново-рудного района. Подобные исследования также были проведены в мерзлотно-таёжных ландшафтах на территории Хиагдинского и Талаканского урановых месторождений на Витимском плоскогорье (Республика Бурятия) сотрудниками Бурятского государственного университета и Томского политехнического университета (Тайсаев и др., 2004; Тайсаев, 2004). Ими изучены особенности загрязнения радиоактивными и нерадиоактивными элементами мерзлотных экосистем на опытном полигоне подземного выщелачивания комплексных урановых руд.

Климат и многолетняя мерзлота

Второй геохимический профиль начинался на водоразделе р. Амга, спускался на разнотравный луг замкнутой термокарстовой котловины аласа и выходил на заросшее осоками высыхающее озеро. Глубина термокарстовой котловины от дна озера до поверхности водораздела около 10-25 м. На водоразделе древесный ярус представлен лиственницей Каяндера (Larix cajanderi (Mayr.) Dyl.) с небольшой примесью березы плосколистной (Betula platyphylla Suhasz). Из кустарниковых видов встречаются: ива Бебба {Salix bebbiana Sarg.), береза кустарниковая (Betula fruticosa Pall.) и ольха кустарниковая (Duschekia fruticosa (Rupr.) Pouzar). Кустарничковый ярус состоит целиком из брусники (Vaccinium vitis idea L.). Среди брусничника рассеянно произрастают некоторые виды мхов (Ptilidium ciliare (L.) Натре, Politricum piliferum Hedw.) и лишайников (Cladonia stellaris (Opiz.) Pouzar et Vezda, Cladonia arbuscula (Wallr.) Flot.). В лиственнично-брусничном лесу хорошо выражен бугорковато-трещиноватый мерзлотный микрорельеф, почва палевая выщелоченная (рис. 11). Ао, 0-6 см. Серовато-тёмно-коричневый, влажный, состоит из лесной ветоши и в разной степени разложившейся органики с мелкоземом творожисто-зернистой структуры, не вскипает от соляной кислоты, переход ясный, граница перехода ровная. А, 6-8 см. Серовато-бурый неоднородной окраски, влажный, комковато-зернистой структуры, тяжелосуглинистый, пронизан корнями растений, содержит древесные угли, не вскипает от соляной кислоты, переход заметный, граница перехода ровная. Ві 8-11 см. Светло-бурый, увлажнен, уплотненный, легкоглинистый, тонкопористый, призмовидно-комковато-пылеватой структуры, мучнистый на ощупь, с неясно выраженной тонкой трещиноватостью преимущественно горизонтального направления, пронизан живыми и мертвыми корнями, содержит обугленные древесные остатки, переход заметный, граница перехода ровная. B2j 11-20 см. Светло-бурый, увлажнен, менее уплотненный, лёгкая глина, непрочной комковато-пороховидной структуры, содержит мало корней, древесные угли и неразложившиеся растительные остатки, переход постепенный, граница перехода ровная. Вса, 20-40 см. Палево-светло-бурый, увлажнен, крупно-комковато-зернистой структуры, легкоглинистый, встречаются единичные корни, содержит включения древесных углей и остатки древесной растительности (бересты, веток), бурно вскипает от соляной кислоты, карбонаты в виде выцветов и пропитки, переход постепенный, граница перехода ровная. ВСса, 40-70 см. Палевый, увлажнен, глыбисто - комковато-зернистой структуры, местами сцементирован карбонатами, тяжелосуглинистый, корней не содержит, вскипание от соляной кислоты очень бурное.

В составе злаково-разнотравной луговой растительности аласной котловины преобладает ячмень короткоостистый (Hordeum brevisubulatum Рис. 11. Палевая выщелоченная почва на водораздельном склоне р. Амга (август 2005 г.).

(Trin.) Link, мятлик луговой (Роа pratensis L.), бескильница тонкоцветковая (Puccinellia tenuiflora (Griseb.), василистник простой (Thalictrum simplex L.), герань луговая {Geranium pratense L.), вероника длинолистная (Veronica longifolia L.) и др. При переходе от аласного луга к дну высохшего озера луговая злаково-разнотравная растительность сменяется осокой водяной (Carex aquatilis Wahlenb.), осокой пузыреватой (С vesicata Meinsh), осокой ситничковой (С juncella (Fr.) Th. Fr.) и др. Аласные котловины, как наиболее молодые формы рельефа, находятся в постоянной динамике. Образование аласов, их функционирование и динамика, в совокупности слагающие эволюцию всего природного облика крупных равнинных территорий криолитозоны, рассматривается как единый аласный процесс (Десяткин, 1984, 2008). Аласный процесс, являясь движущей силой термокарствого сидементогенеза, способствует переотложению пород ледового комплекса и формированию своебразных озерно-аласных отложений - субстрата, на котором образуются почвы. Наличие такого своеобразного процесса, определяет особенности формирования почв в термокарстовых котловинах, обуславливая существование двух стадий почвообразования - гидроморфной и ксероморфной. Стадии почвообразования, в свою очередь, складываются из отдельных фаз развития почв: озерной, болотной, луговой и остепененной. В ходе многократной циклической смены гидроморфной (субаквальной) и ксероморфной (собственно педогенной) стадий, приводящих к расширению темокарстовых котловин, в аласах идет фомирование многослоистых озерно-аласных отложений, которые отличаются от почвообразующих пород водораздела гранулометрическим, минералогическим, химическим составом, а от аллювиальных и озерных отложений - многокомпонентным гетерогенно-слоистым строением (Десяткин, Романов, 1989). Гетерогенная слоистость аласных отложений нарушает классическое строение профиля почв, т.е. -упорядоченную смену сверху вниз генетических горизонтов А-В-С, и формирует в профиле аласных почв вместе с поверхностными и погребенными органогенные горизонты лимнического и болотного генезиса, которые обозначаются латинскими буквами LD (Lakustrine deposits). Количество таких горизонтов соответствует количеству циклов метаморфического развития почвы, а их мощность определяется продолжительностью фаз озерного и болотного развития.

При отсутствии на дне высыхаюшего озера обследованного аласа погребенных озерных отложений, на его периферии в разрезе дерново-луговой почвы обнаружены два погребенных горизонта LD. Это указывает на два метаморфических цикла формирования почвы, связанных с заполнением аласной котловины водой и расширением её площади в период повышенного увлажнения территории. В пределах аласного луга сформирована дерново-луговая среднесолонцеватая почва.

Ad, 0-2 см. Темно-серая, увлажненная, рыхлая дернина, густо переплетена корнями травянистых растений, переход ясный.

А, 2-8 см. Темно-серый осветлённый, влажный, комковато-зернистой структуры, пронизан корнями растений, листоватого сложения, легкосуглинистый, вскипает от НС1, вскипание среднее, граница перехода ровная.

LDca, 8-12 см. Темно-серый, влажный, пронизан тонкими корнями, содержит включения озерных ракушек и переработанной органики, легкосуглинистый, вскипает от НС1, вскипание среднее, переход резкий, граница перехода ровная.

Bcag, 12-16 см. Неоднородной серовато-светло-бурой окраски с охристыми примазками, влажный, содержит тонкие живые и отмершие корни травянистых и кустарничковых растений, в небольшом количестве -озерные ракушки, крупнопористый, лёгкий суглинок, вскипает от НС1, вскипание бурное, переход ясный, граница перехода ровная.

LDcag, 16-26 см. Коричнево-бурый, влажный, содержит обильно озерные ракушки и переработанную органику, охристые примазки большей частью по ходам отмерших корней, рыхлого сложения, комковато-пылевато-зернистой структуры, связно-песчаный, от НС1 вскипание бурное, граница перехода ровная;

BCcag, 26-42 см. Влажный, более однородной светло-бурой окраски, содержит редкие включения обломков ракушек, тонкие редкие корни, непрочной мелкоореховато-комковато-зернистой структуры, поверхность структурных отдельностей покрыта ржаво-бурой пропиткой, тонкопористый, среднесуглинистый, очень бурно вскипает от НС1, переход заметный, граница перехода ровная;

Cicag, 42-63 см. Более однородной светло-бурой окраски, влажный, содержит редкие включения обломков ракушек, тонкие редкие корни, непрочной мелкоореховато-комковато-зернистой структуры, поверхность структурных отдельностей покрыта ржаво-бурой пропиткой, тонкопористый, тяжелосуглинистый, очень бурно вскипает от НС1, переход заметный, граница перехода ровная.

C2cag, 63-100 см. Более однородной светло-бурой окраски, влажный, содержит редкие включения обломков ракушек, тонкие редкие корни, непрочной мелкоореховато-комковато-зернистой структуры, поверхность структурных отдельностей покрыта ржаво-бурой пропиткой, тонкопористый, среднесуглинистый, очень бурно вскипает от НС1, переход заметный, граница перехода ровная.

Содержание и распределение ЕРИ в мерзлотных почвах естественных ландшафтов

Наиболее высокое содержание U обнаружено в горно-тундровых подбурах хребта Улахан-Чистай, сформированных на суглинистом элювио-делювии коренных гранитных пород с исходно высоким содержанием U. Формирующиеся на средних и тяжёлых суглинках тундрово-глеевые, палевые, дерново-луговые, дерново-карбонатные почвы содержат в среднем в 1,8 раза больше U, чем тундрово-глеевые, мерзлотно-таёжные и тундровые подбуры на песчаных и легкосуглинистых отложениях. В целом, в обследованных типах мерзлотных почв Якутии средние концентрации 40К, U и Th близки к уровню их фоновых концентраций в почвах Западной Сибири, Алтая, Урала, Дальнего Востока, Европейской части России (Тяжёлые..., 1990; Сухоруков и др., 2001; Кузнецова, 2004; Лунев, Орлов, 2009; Рихванов и др. 2013).

На ключевых участках тундровой и таёжной зон Якутии были изучены особенности вертикального распределения 40К, 238U, 226Ra и 232Th в почвах геохимически сопряженных участков ландшафтов. Первый ключевой участок находился в субарктической тундре Яно-Индигирской низменности, где на вершине плоскохолмистой водораздельной поверхности по мерзлотному микрорельефу в виде небольших слабовыпуклых полигонов, разделённых западинами или трещинами, были заложены почвенные разрезы. На полигонах развиваются мерзлотные тундровые перегнойно-глеевые и глееватые, а в западинах и трещинах - тундровые перегнойно-торфянисто-глеевые почвы. Для изученных почв характерны кислая реакция среды, пропитанность гумусом минеральной толщи, криогенно-застойный водный режим, переувлажненность и оглеенность генетических горизонтов, преобладание кальция в составе поглощенных оснований, суглинистый гранулометрический состав с высоким содержанием крупнопылеватой фракции. Избыточная влажность почв, интенсивно протекающие мерзлотные процессы по всему почвенному профилю и постоянное присутствие в его

Средняя тайга (подбуры горно-таёжные) 546 0,031 0,004-0,069 120,4-3,3 (к9 1,0-19,6 Супесчаный, легко- и среднесуглинистый Здесь и далее: п - число проб; в числителе - среднее значение, в знаменателе - min-max. нижней части многолетней мерзлоты сдерживают дифференциацию содержащихся в профиле полуторных окислов, гумуса, физической глины и ила. На обследованном участке Яно-Индигирской субарктической тундры, в почвенных профилях полигона и западины не обнаружено существенных различий в концентрации 40К, 238U и 232Th (табл. 16). Однако в профиле тундровой глееватой почвы имеет место более равномерное вертикальное

Форма микрорельефа Почва 40К, % 238и,п-10 4% 232Th, п-10 4% Полигон зедернованный Тундровая перегнойно-глеевая 0,021±0,002 2,3±0,5 10,2±3,4 Западина Тундровая перегнойно-торфянисто-глеевая 0,022±0,004 2,5±0,6 7,5±1,5 Полигон (пятно) Тундровая глееватая 0,023±0,002 2,3±0,1 Ю,5±1,1 распределения ЕРН, чем в профилях тундровой перегнойно-глеевой и перегнойно-торфянисто-глеевой почв, у которых наиболее высокие концентрации 40К, 238U и 232Th фиксируются на разной глубине (рис. 28). Видимо, на вертикальное распределение ЕРН по глубине профилей изученных типов тундровых почв, кроме неоднородности состава почвообразующих пород, существенное влияние оказывают криогенные процессы формирования микрорельефа и пятнообразования (частичного оголения полигонов). Одна из возможных схем образования микрорельефа тундрового ландшафта заключается в следующем: полужидкая почвенная масса при промерзании замкнута между двумя мерзлыми слоями (верхним и нижним) и испытывает все возрастающее давление, которое усугубляется расширением самой плывунной массы при промерзании. В результате происходит выпучивание поверхности почвы и образование бугорков (полигонов), а в случае маломощной растительной дернины - разрыв поверхностного слоя, выдавливание полужидкой почвенной массы на поверхность и образование голого пятна (Еловская и др., 1979). По мере роста площади полигонов (бугорков) уменьшается площадь межполигонных трещин и западин, что нарушает их водоперераспределяющую способность и полигоны перестают расти. Далее циклы оттаивания-замерзания рельефа уменьшают посткриогенную пористость полигона, запуская просадку почвы и полигон начинает приобретать вогнутую форму. С течением времени при заглублении вогнутой поверхности полигонов (бугорков) появляются западины. В целом в развитии микрорельефа выделяют три стадии: активный отдельных стадий развития может составлять сотни лет. Возраст конкретной рост, устойчивое функционирование и деградация. При этом длительность микроформы может быть значительно древнее и составлять от нескольких столетий до тысячелетий (Гаранкина, 2013). Был проведен корреляционный анализ для выявления тесноты связи между почвенными параметрами (глубина, гумус, рН водной вытяжки, сумма поглощенных оснований, содержание физической глины и ила) и концентрацией ЕРН в тундровых почвах (табл. 17). Тесная положительная взаимосвязь между свойствами почв и концентрацией радионуклидов обнаружена только в профиле тундрово-перегнойно-торфянисто-глеевой почвы. Отрицательные коэффициенты корреляции, характеризующие зависимость содержания К, U и Th от количества гумуса в почве задернованного полигона и западины указывают на слабую биогенную аккумуляцию радионуклидов в органогенной части почвы.

Второй ключевой участок находился в северной тайге Вилюйского плато. Геохимический профиль охватывал слабопологую (2-4) вершину водораздела р. Далдын и её пойму. На водоразделе под лиственничным лесом развивается дерново-карбонатная почва тяжелосуглинистого гранулометрического состава с характерной слабощелочной реакцией среды, высоким содержанием обменных оснований и СОг карбонатов при криогенно- промывном водном режиме и аккумулятивном типе распределения в профиле органического вещества. Увеличение концентраций СОг карбонатов с глубиной почвенного профиля указывает на наличие процессов выщелачивания оснований. В пойме реки на

Здесь и далее: подчеркнуты статистически достоверные коэффициенты корреляции при уровне значимости 0,05. среднесуглинистых отложениях формируется аллювиальная почва со щелочной реакцией среды, высокой степенью насыщенности почвенно-поглощающего комплекса обменными основаниями и сравнительно низкой концентрацией С02. Вертикальное распределение 40К, 238U и 232Th по профилю дерново-карбонатной почвы неравномерное. Для 40К отмечается слабовыраженная аккумуляция в иллювиальном горизонте, а для U характерно сложное распределение по глубине почвы (рис. 29). Максимумы концентраций урана фиксируются в перегнойно -гумусовом и иллювиальном горизонтах почвы. Подобное распределение урана в почве обусловлено его вымыванием атмосферными осадками из гумусового горизонта по сети микроморозобойных трещин в виде растворимых органоминеральных соединений. В дерново-карбонатной почве выявлен аккумулятивно 9 "39 иллювиальный тип распределения

Особенности миграции и распределения 137Cs в мерзлотных почвах

ПЯВ сопровождаются сложнейшими процессами, которые влияют, в конечном счете, на распределение радиоактивного загрязнения во вмещающих горных породах и возможность поступления радионуклидов в атмосферу и последующего осаждения некоторого их количества на местности (Израэль, 1974, 1996). Радиоактивные продукты ядерного взрыва либо образуются в результате деления ядер горючего материала или взаимодействия нейтронов взрыва с веществом изделия (включая ядерное горючее) и окружающей среды, либо представляют собой радиоактивные изотопы (тритий, изотопы урана, плутония и т.п.), содержащиеся в самом изделии. При ПЯВ на большой глубине h (h»R, где R - радиус полости при взрыве) радиоактивные продукты остаются захороненными в зоне взрыва (в районе полости взрыва); лишь небольшая доля инертных газов и наиболее летучих элементов (например, йода) может через растрескавшуюся горную породу проникнуть в атмосферу. При меньшей глубине взрыва становится интенсивнее. При еще меньшем заглублении (h R) происходит прорыв полости; в атмосферу вместе с огромным количеством грунта выбрасывается значительное количество радиоактивных продуктов, в том числе тугоплавких. При таком взрыве, т.е. При взрыве на промежуточных глубинах вместо воронки может образовываться холм из наваленного грунта. Такой взрыв называют взрывом на вспучивание. Необходимо отметить, что не при всех взрывах с выбросом грунта образуется радиоактивное облако, в некоторых случаях после взрыва образуется только пылевой столб и базисная волна. Формирующиеся при взрыве радиоактивные облака, движутся по направлению распространения воздушных масс, образуя радиоактивный след за счет выпадения частиц под действием силы тяжести (Essington et al., 1965; Израэль, 1974, 1996). После взрыва (через десятки секунд - несколько минут) очень быстро радиоактивные продукты распределяются между основным облаком, облаком базисной волны и зоной воронки и навала грунта. При этом распределение радиоактивных продуктов в основном облаке и облаке базисной волны непрерывно меняется из-за выпадения наиболее крупных частиц и активации остающихся за счет продуктов, имеющих относительно долгоживущих газообразных предшественников. Некоторая часть крупных шлакообразных частиц и многие мелкие частицы, сразу же после взрыва увлекаемые огромным количеством падающей горной породы (грунта), распределяются по борту воронки и в навале грунта. Степень радиоактивного загрязнения атмосферы и местности при проведении ПЯВ в основном определяется общим количеством образовавшихся при взрыве радиоактивных продуктов, величиной доли радиоактивности, выброшенной в атмосферу, и степенью разбавления продуктов взрыва в атмосфере (метеорологической ситуацией).

Кроме того, характер загрязнения окружающей среды зависит от геометрии источника загрязнения (облака и базисной волны), состава горных пород (содержание воды и летучих продуктов), где проводятся взрывы, распределения активности различных изотопов в облаке по частицам различных размеров, а, следовательно, и от фракционирования радионуклидов. Время формирования радиоактивного следа изменяется от суток до одной - двух недель. При этом след подразделяют на: 1) ближние или локальные (километры - десятки километров от источника); 2) дальние (первые сотни километров от источника) участки.

Используя имеющиеся данные разных лет по радиационной обстановке на ПЯВ "Кристалл" и "Кратон-3" необходимо восстановить особенности формирования радиоактивных следов после проведения взрывов. Технологическая площадка ПЯВ "Кристалл" расположена в нижней части водораздельного склона ручья Улахан-Бысыттаах (левый приток р. Далдын) в 2,5 км от п. Удачный-2. ПЯВ "Кристалл" был произведен с целью сооружения плотины хвостохранилища методом "на выброс" на Удачинском горно-обогатительном комбинате. Заряд мощностью 1,7 кт был размещен в скважине, пробуренной в многолетнемерзлых известняках на глубину 98 м. Через 3,5 с после взрыва подъем выброшенных пород достиг высоты 60 м с последующим их оседанием без раскрытия купола, с образованием навала высотой 14 м и диаметром 180 м (Мирные..., 2001; Голубов и др., 2004; Касаткин и др., 2004; Артамонова и др., 2009). К сожалению, основной результат этого эксперимента не в полной мере соответствовал проекту, по которому высота навала должна была быть не менее 27 м. В дальнейшем, в связи с недостаточной высотой навала (плотины), а также из-за переноса заказчиком створа плотины в другое место, на этом участке взрывы больше не осуществлялись. Техническим проектом предполагался выброс радиоактивных веществ не превышающий 4 %, фактическая доля вышедших на поверхность радионуклидов составила примерно 0,7-1,1 % от образовавшейся активности. Радиоактивное облако, образовавшееся в результате взрыва, распространилось по ветру с азимутом 70. По направлению распространения протяженность радиоактивного облака составила несколько километров. При этом радиационная обстановка характеризовалась следующими данными: через два часа после взрыва на расстоянии 500 м от эпицентра на оси следа мощность дозы гамма-излучения составляла 0,3 Р/ч, а через сутки - 0,04 Р/ч. У подножья навала грунта через сутки мощность дозы была равна 0,7 Р/ч, через 7 дней - 20 мР/ч, а на самом навале также через 7 дней - она составляла 0,3 Р/ч. В результате выполненных гамма-спектрометрических измерений было установлено, что в районе эпицентральной зоны загрязненность грунта гамма-излучателями определяется в основном такими короткоживущими изотопами, как U, 141Се, 140Ва, 131I, 103Ru, 95Zr и 54Мп (Мирные..., 2001). После распада этих изотопов основными загрязнителями почвенно-растительного покрова стали 239 240Pu, 238Pu, 137Cs, 154Eu, 155Eu, 60Со и 125Sb (Ложников и др., 1995). Летом 1990 г. в ходе радиоэкологических работ на месте взрыва была обнаружена заполненная водой провальная воронка с диаметром примерно 60 м и глубиной 6 м, окруженная мертвым лиственничным лесом (Цыганов и др., 1990). Вокруг воронки остался небольшой навал грунтов. Здесь максимум значений мощности экспозиционной дозы на поверхности навала достигал 50-65 мкР/ч, а на глубине 0,4 м - до 200 мкР/ч. За навалом грунтов основная масса радионуклидов (80-90 % от общего их количества) обнаруживалась в верхней органогенной части почвенного профиля. В месте проведения взрыва аэрогамма-спектрометрической съемкой (АГСМ) зафиксировано радиоактивное загрязнение в виде локальной изометричной формы с повышенным радиационным фоном и с максимальным значением мощности экспозиционной дозы до 25 мкР/ч в эпицентре (рис. 46). Участок с "мертвым" лесом по размеру и форме соответствовал площади загрязнённой территории размером примерно в 120000 м .