Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время в условиях техногенной нагрузки на биосферу и развития атомной энергетики защита окружающей среды от загрязнения антропогенного генезиса, в том числе радиоактивного, является одной из важнейших проблем. Для ее решения необходимо определение безопасных уровней воздействия, что в свою очередь требует выявления поведения экосистем на воздействие радиацией.
Радионуклиды, поступившие в водоем, сорбируются взвесями и осаждаются, претерпевают радиоактивный распад, накапливаются водной биотой, что приводит к самоочищению воды озера. Однако в результате этих процессов донные отложения, в которых накапливаются радионуклиды, становятся долговременным депо загрязнителей и источником вторичного радиоактивного загрязнения. Воздушная и гидрологическая миграция радионуклидов из водоемов, поступление радионуклидов в подземные воды приводят к их постепенному распространению в окружающей среде, включению в пищевые цепочки и дополнительному облучению человека.
Тяжесть последствий загрязнения окружающей среды и живых организмов радионуклидами зависит не столько от их концентрации, сколько от биологического влияния ионизирующего излучения (радиации), сопровождающего распад радиоактивных элементов. Биологические эффекты радиоактивного загрязнения природной среды определяются дозами облучения живых организмов, которые в свою очередь зависят от уровней содержания, накопления, прочности фиксации и скорости выведения радионуклидов из компонентов водных экосистем (Куликов Н.В., Чеботина М.Я., 1988).
Особый интерес вызывает исследование водных экосистем Уральского региона, испытывающих различные техногенные воздействия (Левина С.Г., 2008, Трапезников А.В., 2010).
В Челябинской области расположено одно из крупнейших предприятий атомной промышленности и ядерного оружейного комплекса России -
производственное объединение «Маяк». Вследствие его
шестидесятипятилетней деятельности в Уральском регионе сложилась чрезвычайная радиоэкологическая ситуация, которая сформировалась, в основном, в результате трех радиационных инцидентов: сброса радиоактивных отходов в р. Теча в 1949 - 1956 гг.; взрыва емкости с жидкими высокоактивными отходами в 1957г. (образование Восточно-Уральского радиоактивного следа) и ветрового рассеивания радиоактивно загрязненных донных отложений озера-хранилища Карачай в засушливый 1967 г. (Ровинский Ф.Я., 1967; Никипелов Б.В., Дрожко Е.Г., 1990; Effects of radiation ..., 1996; Авраменко М.И. и др., 1997; Трапезников А.В., 2007).
Более 60 озерных экосистем данных территорий подверглись импактному техногенному воздействию, в результате которого произошло их загрязнение химическими поллютантами (тяжелыми металлами и долгоживущими радионуклидами). В настоящее время большинство водоемов с различной интенсивностью вовлечены в хозяйственную деятельность, что требует проведения мониторинговых исследований их радиоэкологического состояния. Однако данные этого мониторинга требуют особого подхода при интерпретации полученных результатов.
Актуальным представляется исследование миграции, накопления и распределения загрязнителей, а также выявление барьерной роли пресноводных экосистем по отношению к переносу радиоактивных веществ за пределы данной экосистемы.
Целью работы явилось исследование содержания и распределения 90Sr,
1 ~М
Cs, а также микроэлементов в воде и донных отложениях озерных экосистем Большой Игиш и Куяш (территория Восточно-Уральского радиоактивного следа в пределах Челябинской области).
Основные задачи исследования:
1. определить уровни содержания радионуклидов в водной массе и грунтах
исследуемых водоемов на современном этапе.
выявить особенности распределения Sr, Cs в воде и донных отложениях.
установить влияние состава донных отложений озер на содержание и распределение данных радионуклидов по профилю илов.
4. определить степень техногенной нагрузки микроэлементами (Fe, Мл, Си,
Zn, Ni, Со) на исследуемые экосистемы.
Научная новизна работы
В работе впервые исследована структура донных осадков озера Куяш. Представлена общая сравнительная характеристика поведения радионуклидов в воде и грунтах.
Получены новые данные о радиоэкологическом состоянии оз. Куяш, а также дополняющие сведения по современному уровню содержания долгоживущих радионуклидов в воде и донных отложениях оз. Б. Игиш.
Установлено, что по содержанию микроэлементов техногенное загрязнение на исследованные озера отсутствует.
Теоретическая и практическая значимость
Результаты радиоэкологического исследования дополняют и уточняют данные об особенностях поведения долгоживущих радионуклидов и тяжелых металлов в пресноводных экосистемах.
Установлены современные запасы в воде и донных
отложениях оз. Б. Игиш и Куяш.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ - Урал №10-05-96012.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Содержание радионуклидов в воде определяется физико-химическими
свойствами водной массы, а также географическим положением водоемов относительно оси ВУРСа.
2. Различия в накоплении и распределении радионуклидов по
вертикальному разрезу донных отложений обусловлены физико-
химическим составом осаждаемого ила.
Апробация материалов работы. Основные положения диссертационной работы были представлены и обсуждены на I Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы экологии и природопользования в Казахстане и сопредельных территориях», Казахстан, г. Павлодар, 23-24 октября 2007; VII Международной научно-практической конференции «Экология и безопасность жизнедеятельности», г. Пенза, декабрь 2007; VI Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Экология и научно-технический прогресс», г. Пермь, 2007; Областной научно-практической конференции «Охрана водных объектов челябинской области. Современные технологии водопользования», г. Челябинск, март, 2008; Юбилейной научно-практической конференции, г. Челябинск, апрель, 2008; Региональной научно-практической конференции «Проблемы экологии и экологического образования Уральского федерального округа», г. Челябинск, 15-17 апреля 2009, III Международной научной конференции «Геоэкологические проблемы современности», г. Владимир, 23-25 сентября 2010 г.
Публикации: по материалам диссертации опубликовано 17 работ, в том числе в 4 статьях в реферируемых журналах ВАК.
Структура диссертации. Диссертация изложена на страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, главы, описывающей материалы и методы исследований, и глава, посвященная результатам собственных исследований, заключения, выводов, списка литературы из 173 использованных источников.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Исследованные водоемы. Объектами исследований служили 2 водоема территории ВУРСа в Челябинской области, расположенных на удалении 32 и 60 км от источника эмиссии (Куяш и Б. Игиш соответственно).
Материалом для настоящего исследования служили вода и донные отложения изученных водоемов. Пробы отбирались с 2007 по 2010 годы.
Методы отбора и обработки проб воды и донных отложений. Отбор и обработку проб воды проводили согласно стандартным гидрологическим методикам. Гидрохимический анализ проводился в лаборатории минералогии техногенеза и геоэкологии Института минералогии УрО РАН (ИМин УрО РАН). Часть пробы использовалась для определения анионно - катионного состава, другая - для определения содержания микроэлементов. Определение гидрохимических параметров водоемов осуществлялось согласно стандартным методикам, с учетом предусмотренных руководящими документами погрешностей:
Отбор проб донных отложений осуществлялся с использованием стандартного гидрологического оборудования, позволяющего получать образцы с ненарушенной стратификацией. Колонки донных отложений на исследуемых озерах отбирались до подстилающих пород.
Определение содержания радионуклидов е компонентах экосистем. Отбирали пробы воды в поверхностном горизонте и донных отложений для определения содержания радионуклидов. Пробоподготовку проводили согласно методическим рекомендациям по санитарному контролю за содержанием радиоактивных веществ в объектах внешней среды (Методические рекомендации, 1980). Определение 137Cs производилось у-спектрометрическим методом («Методика выполнения измерений удельной активности гамма-излучающих ...», 2002). Удельную активность Sr и Cs в воде («Методика выполнения измерений удельной активности цезия-137 и стронция-90 в природных ...», 2002), в донных образцах («Методика выполнения измерений удельной активности цезия-137 и стронция-90 в
пробах ...», 2002) определяли радиохимическим методом. Измерения содержания радионуклидов проводились Отделом внешней среды ФГУН УНПЦ РМ и Институтом экологии растений и животных УрО РАН.
Определение содержания микроэлементов производилось на атомно-абсорбционном спектрометре (ААС) с пламенным и электрическим режимом атомизации "Perkin - Elmer 3110". Норма погрешности соответствовала ГОСТ 27384-87. Для статистической обработки данных использовали программные пакеты SPSS Statistics 5.1, Microsoft Excel, Sigma Plot v. 12.0.
