Delist.ru

Закономерности поведения 90Sr и 137Cs в озерных экосистемах Восточно-Уральского радиоактивного следа в отдаленные сроки после аварии (25.12.2007)

Автор: Левина Сима Гершивна

3) выявить особенности накопления радионуклидов, стабильных макроаналогов и микроэлементов в высшей водной растительности и ихтиофауне;

4) дать математическое описание динамики изменения удельной активности 90Sr в воде озер территории ВУРСа и сделать прогностические расчеты удельной активности 90Sr в воде и донных отложениях по 2017 г.;

5) оценить запасы 90Sr и 137Cs в основных компонентах озерных экосистем для обоснования возможности возврата водоемов Следа в хозяйственную деятельность.

Научная новизна

Впервые проведено комплексное изучение закономерностей миграции и перераспределения техногенных радионуклидов и микроэлементов в основных компонентах естественных озерных биоценозов ВУРСа. Получены новые данные о радиоэкологическом состоянии оз. М. Игиш.

В работе впервые исследованы состав и структура донных осадков озер Следа и контрольных водоемов, что позволяет реконструировать основные периоды развития озерных экосистем, восстановить этапы антропогенного (техногенного) воздействия, определить направленность происходящих в них изменений. Представлена общая сравнительная характеристика поведения радионуклидов и вскрыты конкретные физико-химические механизмы, регулирующие подвижность 90Sr, 137Cs в почвах, донных отложениях и доступность их высшим водным растениям. Установлено, что подвижность 90Sr и 137Cs в донных отложениях озер и почвах их водосборных территорий зависит от содержания органического вещества и форм нахождения радионуклидов в данных компонентах озерных экосистем. Выявлено, что на поведение 90Sr и 137Cs в грунтах влияет также минерализация водоема, а на миграцию радионуклидов в почве – особенности элементов ландшафта (супераквальный или элювиальный).

В естественных условиях изучены процессы накопления 90Sr и 137Cs биотой, а также впервые определены референтные высшие водные растения озер ВУРСа, концентрирующие данные радионуклиды.

Показано, что расчет запасов радионуклидов в водных экосистемах является количественной оценкой барьерной функции гидробиоценозов по отношению к переносу нуклидов за пределы данной экосистемы. На основе математического описания динамики изменения удельной активности впервые выполнены прогностические расчеты запасов 90Sr в воде и донных отложениях до 2017 г., что позволяет существенно расширить временной интервал для оценки радиоэкологических изменений гидробиоценозов территории ВУРСа и верифицировать данное математическое описание.

Положения, выносимые на защиту

Основные закономерности поведения радионуклидов в водной массе озерных экосистем обусловлены исходной физико-химической формой радионуклидов выпавшей смеси, начальным уровнем загрязнения, географическим положением водоема относительно источника взрыва, минерализацией озера и физико-химическими свойствами донных отложений.

Аккумуляция, распределение и вертикальная миграция 90Sr, 137Cs

и микроэлементов в илах пресноводных экосистем замедленного водообмена определяются характером формирования грунтов, формами нахождения радионуклидов и тяжелых металлов в донных отложениях и являются основой прогноза радиоэкологической ситуации на период до 2017 г.

Процессы аккумуляции, распределения и миграции 90Sr, 137Cs, микроэлементов в почвах супераквальных и элювиальных элементов ландшафта зависят от удаленности водоема относительно источника взрыва, физико-химических свойств почв (наличия в среде изотопных и неизотопных носителей и органического вещества, влажности, щелочно-кислотных условий), форм нахождения радионуклидов и тяжелых металлов в почве, особенностей ландшафта водосборных территорий пресноводных гидробиоценозов.

Уровень накопления 90Sr, 137Cs, стабильных макроаналогов и микроэлементов высшими водными растениями и ихтиофауной определяется гидрохимическими особенностями озерной экосистемы, морфофизиологическими особенностями макрофитов и рыбы. На накопление 90Sr высшими водными растениями влияют концентрация Са2+ в воде исследованных озер, а также общая минерализация водоема.

Теоретическая значимость

Впервые дана комплексная характеристика озерной экосистемы

М. Игиш. Выявлено, что гипсометрическое положение водоемов, находящихся на одинаковом расстоянии от источника взрыва, влияет на содержание 90Sr и 137Cs в воде озер. Установлено, что миграция радионуклидов в супераквальных и элювиальных позициях зависит от ландшафтных особенностей водосборов исследованных водоемов. Определены формы нахождения 90Sr, 137Cs в донных отложениях и почвах водосборной территории, влияющих на миграцию и их доступность биотической компоненте экосистемы.

К установленным референтным высшим водным растениям, аккумулирующим 90Sr, относятся рдест блестящий (Potamogeton lucens), телорез обыкновенный (Stratiotes aloides), элодея канадская (Elodea canadensis). Наиболее высокий уровень содержания 137Cs отмечен у водокраса лягушачьего (Hydrocharis morsus-ranae) и урути мутовчатой (Myriophyllum verticillatum).

Выявлена обратная зависимость величин коэффициента накопления 90Sr и 137Cs в тушке карася серебряного (Carassius auratus gibelio (Bloch)) от содержания в воде элементов – макроаналогов радионуклидов Са2+ и К+.

Определено, что по содержанию микроэлементов исследованные озера

являются фоновыми, техногенное воздействие на них отсутствует.

Проведенные исследования могут служить научной основой для оценки способности пресноводных экосистем замедленного водообмена к самоочищению, деэвтрофикации и восстановлению структурных характеристик в условиях современной техногенной нагрузки.

Практическая значимость

Разработано математическое описание для долгосрочного прогноза поведения 90Sr в воде озер, которое учитывает динамику изменения удельной активности данного радионуклида с 1957 года. Рассчитаны запасы 90Sr на период до 2017 г. в водной массе и донных отложениях озер ВУРСа. Установлены современные запасы 90Sr и 137Cs в основных компонентах изученных гидробиоценозов, включая их водосборные территории.

Получены современные комплексные радиоэкологические характеристики озерных экосистем, которые могут служить основой для возврата водоемов в хозяйственный оборот.

Показано, что в настоящее время рыбная ловля и рыборазведение возможны только на озерах Куяныш и Травяное. По содержанию 90Sr в тушке рыбы этих озер превышение нормы не отмечено.

Выявленные референтные водные растения пресноводных экосистем замедленного водообмена, аккумулирующие 90Sr и 137Cs, могут быть использованы в целях биомониторинга гидробиоценозов в качестве маркеров радиоактивного загрязнения.

Установленные концентрации и формы нахождения тяжелых металлов в воде, донных отложениях и почвах изученных гидробиоценозов используются как фоновые при исследовании озер Челябинской области.

Материалы диссертации вошли в соответствующие разделы лекционных курсов радиоэкологии, введения в радиобиологию, химии окружающей среды, читаемых студентам старших курсов Челябинского государственного университета и Челябинского государственного педагогического университета.

Работа выполнена при финансовой поддержке грантов РФФИ-Урал

04-05-96-057 (2004 - 2006 гг.), Министерства образования и науки Челябинской области, областной целевой программы «Развитие инновационной деятельности в Челябинской области по направлению «Развитие фундаментальных научных исследований», 2006 г., № 876.

Апробация результатов диссертации

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Региональной научно-практической конференции «ВУРС-45», Озерск, 2002 г.; конференции по итогам научно-исследовательских работ преподавателей и научных сотрудников ЧГПУ за 2002 - 2006 гг.; VI региональной научно-практической конференции «Проблемы экологии, экологического образования и просвещения в Челябинской области», Челябинск,

18 апреля 2002 г.; XIII Международном симпозиуме «Международный год воды – 2003», Австрия, 29 марта – 05 апреля 2003 г.; XV Международном симпозиуме «Медико-экологическая безопасность, реабилитация и защита населения», Италия, 20-27 марта 2004 г.; Региональной научно-практической конференции «Проблемы географии Урала и сопредельных территорий», Челябинск, 6-8 апреля 2004 г.; II международной научно-практической конференции «Теоретическая и экспериментальная химия», Караганда, 16-17 сентября 2004 г.; Всероссийской научной конференции «Адаптация биологических систем к естественным и экстремальным факторам среды», Челябинск, 11-15 октября 2004 г.; Всероссийской научной школе «Актуальные проблемы регионального экологического мониторинга: теория, методика, практика», Киров, 16-18 ноября 2004 г.; VII региональной научно-практической конференции «Проблемы экологии, экологического образования и просвещения в Челябинской области», Челябинск, 9 декабря 2004 г.; XI международном экологическом симпозиуме «Урал атомный, Урал промышленный», Екатеринбург, 2005.; II международной научно-практической конференции «Экология и научно-технический прогресс», Пермь, 2005 г.; Всероссийской конференции «Современные аспекты экологии и экологического образования», Казань, 19-23 сентября 2005 г.; III Международном симпозиуме «Хроническое радиационное воздействие: медико-биологические эффекты», Челябинск,

24-26 октября 2005 г.; Межрегиональной научно-практической конференции «Экологическая политика в обеспечении устойчивого развития Челябинской области», Челябинск, 7-8 декабря 2005 г.; V съезде по радиационным исследованиям «Радиобиология, радиоэкология, радиационная безопасность», Москва, 10-14 апреля 2006 г.; I Международной научно-практической конференции «Адаптация биологических систем к естественным и экстремальным факторам среды», Челябинск, 9-11 октября 2006 г.; Международной научной конференции «Проблемы биологии, экологии и образования: история и современность», Санкт-Петербург, 22-24 мая 2006 г.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 33 работы, из них 7 статей издано в журналах, рекомендуемых ВАК.

Личный вклад диссертанта в исследования

Постановка цели и основных задач диссертационной работы, формирование методических подходов, теоретические разработки и практическое приложение выполнены диссертантом самостоятельно. Диссертант принимал непосредственное участие в сборе, обработке и анализе полевых материалов. Подготовка к печати научных работ, отражающих результаты диссертации, осуществлялась самостоятельно или при участии соавторов.

Структура и объем диссертации

загрузка...