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

Рис. 7. Распределение 90Sr и 137Cs (%) по колонке донных отложений

оз. Урускуль (2004 г.)

В донных отложениях оз. Урускуль содержание 90Sr и 137Cs в верхнем

) содержания 90Sr и 137Cs в поверхностных слоях донных отложений (на примере илов оз. Б. Игиш) может быть связана с большой степенью обводненности и наличием крупнозернистых иловых агрегатов, обуславливающих низкую сорбционную способность таких грунтов.

По результатам рентгено-фазового анализа (рис. 8) определено, что поверхностный слой донных отложений этих озер (1-5 см) в основном содержит минералы кальцит, кварц и не содержит листовых и смешанно-слойных минералов, таких как хлориты, монтмориллониты, иллиты и другие, которые обладают наибольшей сорбционной емкостью к радионуклидам.

Рис. 8. Дифрактограмма донных отложений слоя 1-5 см оз. Б. Игиш

По вертикальному распределению 90Sr и 137Cs в донных отложениях водоемы можно условно разделить на следующие группы: в первой группе

(Б. Игиш, Травяное) около 40 % радионуклидов сосредоточено в верхнем

0-10 см слое илов, тогда как в озерах на периферии Следа (вторая группа) в этом слое (0-10 см) находится от 60 до 90 % от суммарного содержания в исследованной колонке (рис. 9 и 10).

Рис. 9. Распределение 90Sr и 137Cs (%) в донных отложениях оз. Травяное (2003-2005 гг.)

Рис. 10. Распределение 90Sr и 137Cs (%) в донных отложениях оз. Шаблиш (2003-2005 гг.)

Возможно, на характер распределения радионуклидов в илах повлияло внесение значительного количества органического вещества (навоза) в озера Травяное и Б. Игиш в ранний поставарийный период. При этом большое значение приобрело его биолого-экологическое воздействие гипертрофного характера, вызвавшее интенсивное размножение фито-, зоо- и бактериопланктона с последующим угнетением и частичным вымиранием нектона и макрофитов. Резко изменившийся трофический статус способствовал интенсификации осадконакопления, а также связыванию 90Sr и 137Cs в илах в малоподвижной форме. Это обусловило активизацию процессов самоочищения, что привело к значительному накоплению радионуклидов около горизонта аварии. Постепенный возврат озерной экосистемы к первоначальному трофическому состоянию обусловил уменьшение интенсивности самоочищения и захоронения 90Sr и 137Cs в донных отложениях.

Установлено, что основная часть 90Sr в илах оз. Урускуль (рис. 11) связана с гидроксидами железа и марганца и органической частью грунтов

(45 и 37 % соответственно). Малая доля 90Sr (7 %) содержится в обменной форме и в виде нерастворимого остатка. Формы нахождения 137Cs в донных отложениях иные, чем у 90Sr: основная часть (88 %) связана с нерастворимым остатком. Исследование форм нахождения 90Sr в донных отложениях

оз. Б. Игиш показало аналогичное распределение по фракциям с грунтами

оз. Урускуль и повышенную долю подвижных форм 137Cs в оз. Б. Игиш

(рис. 11).

Рис. 11. Распределение физико-химических форм 90Sr и 137Cs в донных отложениях озер Урускуль, Б. и М. Игиш (%)

Исследование форм нахождения 90Sr в донных отложениях двух рядом расположенных озер Б. Игиш и М. Игиш показало, что значительная часть данного радионуклида (до 85 %) связана с гидроксидами железа и марганца и с органической фракцией грунтов Б. Игиша (рис. 11).

Основная часть 90Sr (42 %) в донных отложениях оз. М. Игиш находится в обменной форме (рис. 11). Преобладающая обменная форма 90Sr особенно активно мигрирует к поверхностным слоям грунтов данного озера (вероятно, под влиянием биоты). Связь 137Cs с нерастворимой фазой обуславливает его одинаково малую миграционную способность в донных отложениях как

оз. М. Игиш, так и Б. Игиш. Это отражается в накоплении значительной части радионуклида в слое 10-14 см. Таким образом, формы нахождения и вертикальное распределение 90Sr и 137Cs в донных отложениях двух рядом расположенных озер Б. и М. Игиш зависят как от состава воды (солоноватое и ультрапресное соответственно), так и от структуры грунтов.

Для озер периферийной зоны ВУРСа (Куяныш, Травяное, Шаблиш) формы нахождения 90Sr в верхних слоях донных отложений представлены на рис. 12. Можно отметить, что в этих озерах большая часть 90Sr сорбирована оксидами и гидроксидами марганца и железа (от 48 до 62 %), а также органической частью илов (25 – 32 %). В обменной и карбонатной формах (подвижная форма) находится от 6 до 15 % радионуклида.

Рис. 12. Распределение физико-химических форм 90Sr в донных отложениях озер Куяныш, Шаблиш, Травяное (%)

Поскольку «поведение» 90Sr и 137Cs в водоеме в значительной мере зависит от содержания в среде их неизотопных макроносителей – соответственно кальция и калия, были оценены степени смещения накопления радионуклида относительно его стабильного макроаналога с помощью коэффициента дискриминации – Кд (табл. 3).

Таблица 3

Значения Кд Са/90Sr в донных отложениях озер (глубина до 30 см)

Озеро Урускуль Б. Игиш М. Игиш Куяныш

Кд Са/90Sr 0,42 0,95 5,5 9,6

В некоторых грунтах (торфяный грунт и сапропели) Кд для пары Са/90Sr составляет меньше единицы. Следовательно, в этих условиях 90Sr переходит из водной среды в грунт в относительно большем количестве по сравнению с кальцием. В остальных грунтах Кд больше единицы, что свидетельствует

о более слабом переходе 90Sr из водной среды относительно кальция.

Отмечено равномерное распределение значений содержания тяжелых металлов по колонке, что позволяет исключить антропогенное влияние на илы. Для таких биофильных металлов, какими являются Fe и Mn, характерно значительное (до 700-1000 мг/кг) содержание в первых 3 см донных отложений. В основном это те металлы, что включены в круговорот веществ и энергии озерной экосистемы.

Представленные материалы позволяют сделать вывод, что в первоначальный период времени после аварии наблюдалось активное перераспределение радионуклида между основными компонентами озерной экосистемы за счет процессов осаждения, сорбции донными отложениями. Поэтому первые годы после аварии характеризовались максимальным снижением удельной активности 90Sr в воде. Отдаленный период времени отличается более медленным самоочищением воды. Это в основном связано с дальнейшей миграцией 90Sr вглубь грунтов, изменением соотношений между подвижными и малоподвижными формами, частичной десорбцией радионуклида, продолжающимся радиоактивным распадом 90Sr. Кроме того, на механизмы очищения оказывают влияние водность года, распреснение водоемов, общая минерализация, свойства донных отложений.

Особенности вертикальной миграции радионуклидов в донных отложениях озер обусловлены различием форм их нахождения, первоначальным уровнем загрязнения, составом воды и сорбционной способностью осадков, выстилающих дно водоема.

Накопление и распределение 90Sr, 137Cs, стабильных макроаналогов и микроэлементов в биоте на современном этапе развития озерных экосистем

Исследованные озера располагаются в лесостепной зоне Среднего Урала и для них характерна однотипная форма зарастания водоемов – от максимального его развития у побережий с постепенным уменьшением биомассы в средней части акватории и, как правило, до полного отсутствия высших водных растений в центральной части водоема.

Максимальные значения удельной активности 90Sr на исследованных озерах были обнаружены у представителей видов рдест блестящий и телорез обыкновенный (рис. 13). Исключения составляют озера М. Игиш, где накопителем 90Sr является водокрас лягушачий, второе место по уровню накопления занимает телорез обыкновенный (рис. 14); Куяныш (преимущественный концентратор 90Sr – элодея канадская, второе место также занимает телорез обыкновенный); Шаблиш (накопитель 90Sr – элодея канадская, на втором месте – рдест блестящий).

Рис. 13. Значения удельной активности 90Sr и 37Cs

в макрофитах оз. Б. Игиш

Рис. 14. Значения удельной активности 90Sr и 37Cs

в макрофитах оз. М. Игиш

загрузка...