CC BY
7
УДК 550.424.6:550.84.094.2
DOI: 10.18303/2618-981X-2018-3-227-233
ОСОБЕННОСТИ ПОСТУПЛЕНИЯ 7BE И 210PB В СОСТАВЕ СНЕГОВЫХ ВЫПАДЕНИЙ ЮГА ЗАПАДНОЙ СИБИРИ (НОВОСИБИРСК)
Ксения Александровна Золотухина
Новосибирский государственный технический университет, 630073, Россия, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, магистрант кафедры геофизических систем, тел. (923)182-20-52, e-mail: ksenya271114@icloud.com
Михаил Сергеевич Мельгунов
Институт геологии и минералогии им. В. С. Соболева СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник лаборатории геохимии благородных и редких элементов и экогеохимии, тел. (383)333-23-07, e-mail: mike@igm.nsc.ru
Были исследованы особенности поступления 7Be и 210Pb в составе снеговых выпадений юга Западной Сибири (г. Новосибирск). Образцы собирали в начале каждого месяца для того, чтобы накопить достаточную массу образца, необходимую для определения радиоактив-
7 210
ности. Месячные измерения Be и Pb в образцах снеговых выпадений составляют диапазон 12,0-36,9 Бк/м2.
Ключевые слова: 'Be, 210Pb, индикатор, снеговые выпадения.
THE FEATURES OF 7BE AND 210PB FLUXES AS COMPONENTS OF SNOW FALLOUT IN THE SOUTH OF WESTERN SIBERIA (NOVOSIBIRSK)
Kseniya A. Zolotuhina
Novosibirsk State Technical University, 20, Prospect K. Marx St., Novosibirsk, 630073, Russia, Graduate, Department of Geophysical Systems, phone: (923)182-20-52, e-mail:_ksenya271114@icloud.com
Michael S. Melgunov
Sobolev Institute of Geology and Mineralogy SB RAS, 3, Prospect Akademik Koptyug St., Novosibirsk, 630090, Russia, Ph. D., Senior Researcher, Laboratory of Geochemistry of Noble and Rare Elements and Ecogeochemistry, phone: (383)333-23-07, e-mail: mike@igm.nsc.ru
7 210
The features of Be и Pb fluxes as components of snow fallout have been investigated in the south of Western Siberia (Novosibirsk). The samples are collected at the beginning of each month to accumulate an adequate sample mass required for radioactivity determination. The month-
7 210 2
ly measurements Be and 210Pb snow that the fallout samples are a range from 12,0 to 36,9 Bq/m .
7 210
Key words: Be, 210Pb, tracer, snow fallout.
n
Радиоактивные изотопы естественного (природного) происхождения Be
210
и Pb в значительных количествах поступают на земную поверхность из атмосферы. Источники происхождения этих радионуклидов различные. Так, 7Be образуется в верхних слоях атмосферы при взаимодействии протонов и нейтронов космического излучения с ядрами изотопов 14N и 16O по реакциям [1-5]:
^N + \Ве + 2|Не
^N + Ъп -> \Ве + Iii г%0 + \Ве + 1Li + \Не
г%0 + In -> ^ße + |Яе + |Яе
210 222
А 210Pb является дочерним продуктом Rn, образующегося в результате
238
радиоактивного распада радионуклидов ряда U и поступающего в атмосферу с поверхности земли. Будучи электрически заряженными, эти радиоизотопы сорбируются аэрозольными и пылевыми частицами и в их составе выпадают на земную поверхность [4-7]. Данные изотопы могут поступать на поверхность земли как в составе мокрых (осадки в виде дождя и снега), так и сухих выпадений. Следует отметить, что доля мокрых выпадений в интегральный поток Be может достигать 80-90 %.
7 210
В современных исследованиях Be и Pb часто используются в качестве индикаторов при изучении различных поверхностных геологических процессов. В том числе, информация об их активностях используется при оценке условий и скоростей формирования озерных осадков, изучении закономерностей переноса аэрозольных частиц в атмосфере и их выпадения на поверхность земли и т. д. [1-20]. Важной составляющей таких исследований является определе-
7 210
ние содержаний Be и Pb в приповерхностном слое воздуха и плотности их выпадения за определенный период времени.
В настоящее время практически отсутствуют широко известные данные об
7 210
атмосферном поступлении Be и Pb на территории юга Западной Сибири. Целью представленной работы является изучение динамики поступления этих радионуклидов в составе атмосферных снеговых выпадений в районе г. Новосибирска. Предполагается, что полученные результаты лягут в основу решения ряда задач, связанных с изучением миграционных потоков химических элементов в процессах атмосферного переноса, формирующих современный геохимический фон в ландшафтных зонах юга Западной Сибири.
Объектами исследования являются снеговые отложения, собранные в зимний период 2016-2017 гг. Снег является природным депонентом, накапливающим информацию об атмосферных поступлениях за достаточно большой промежуток времени от первого выпадения поздней осенью до его таяния весной. Поэтому его можно использовать для проведения оценки интегральной плотно-
7 210
сти выпадения Be и Pb, а также других химических элементов.
Пробы снега отбирались с определенной площади как ежемесячно, так и после обильных снегопадов. Объем отобранных образцов составлял 40 л снега, из которых при таянии получалось до 25 л воды. После таяния снега и выпадения в осадок крупной фракции взвешенного вещества талой воды проводились декантация пробы, а затем последовательное фильтрование декантированного раствора через два фильтра: фильтр «синяя лента» (средний размер пор
3 мкм) и мембранный фильтр 0,45 мкм. Полученный в результате фильтрования раствор упаривался до сухого остатка, в который переходило взвешенное вещество размерностью менее 0,45 мкм, представленное наноразмерными пылевыми, аэрозольными частицами, коллоидами и растворенной компонентой. В выделенных фракциях методом полупроводниковой гамма-спектрометрии прово-
7 210
дилось определение активностей Ве и РЬ. Анализ выполнялся при помощи гамма-спектрометра на основе HPGe колодезного детектора GWL-220-15 по
7 210
аналитическим гамма-линиям 477 (7Ве) и 46,5 ( РЬ) кэВ. Предел обнаружения метода - 0,02 Бк при времени измерения 48 ч. Время измерения исследуемых образцов варьировалось в диапазоне 12-48 часов и выбиралось, исходя из необходимости получения погрешности определения площадей аналитических фото-пиков на уровне не хуже 5 %.
7 210
На основе полученных аналитических данных по содержанию Ве и РЬ в исследуемых образцах снеговых отложений была проведена оценка плотности выпадения этих радионуклидов на территории г. Новосибирска. Полученные результаты представлены в таблице.
Л
Плотность выпадения (Бк/м ) в точках отбора снежных проб в г. Новосибирске
Образец Фракция Дата выпадения (период выпадения) 210РЬ 7Ве 210РЬ/7Ве
Снег 1 3-1 06.10.16 1,47 4,20 2,9
0,45 06.10.16 0,10 0,18 1,9
СО 06.10.16 0,03 0,37 14,5
Сумма 1,60 4,75 3,0
Снег 2 3-1 12.10.16 2,63 5,59 2,1
0,45 12.10.16 0,16 0,28 1,7
СО 12.10.16 0,07 1,47 22,8
Сумма 2,86 7,34 2,6
Снег 3 3-1 24-25.10.16 2,61 6,00 2,3
0,45 24-25.10.2016 0,50 0,81 1,6
СО 24-25.10.2016 0,12 1,08 9,3
Сумма 3,23 7,89 2,4
Снег 4 3-1 26.10-01.11.16 5,62 22,8 4,1
0,45 26.10-01.11.16 0,27 0,67 2,5
СО 26.10-01.11.16 0,18 3,19 18,2
Сумма 6,07 26,6 4,4
Снег 5 3-1 12.10-01.11.16 5,47 21,8 4,0
0,45 12.10-01.11.16 0,31 1,50 4,9
СО 12.10-01.11.16 0,15 1,86 12,6
Сумма 5,93 25,2 4,3
Снег 6 3-1 02.11-02.12.16 10,3 23,7 2,3
0,45 02.11-02.12.16 1,26 2,76 2,2
СО 02.11-02.12.16 0,41 4,89 11,9
Сумма 12,0 31,3 2,6
Окончание табл.
Образец Фракция Дата выпадения (период выпадения) 210РЬ 7Ве 210РЬ/7Ве
Снег 7 3-1 03.12.16-03.01.17 14,3 26,0 1,8
0,45 03.12.16-03.01.17 1,50 3,06 2,0
СО 03.12.16-03.01.17 0,65 7,81 12,1
Сумма 16,5 36,9 2,2
Снег 8 3-1 04.01-03.02.17 14,8 16,1 1,1
0,45 04.01-03.02.17 3,28 3,35 1,0
СО 04.01-03.02.17 0,53 4,61 8,7
Сумма 18,6 24,0 1,3
Снег 9 3-1 20.01-03.02.17 5,91 9,71 1,6
0,45 20.01-03.02.17 0,74 1,01 1,4
СО 20.01-03.02.17 0,23 2,03 8,7
Сумма 6,88 12,8 1,9
Снег 10 3-1 04.02-03.03.17 11,6 23,0 2,0
0,45 04.02-03.03.17 1,47 2,92 2,0
СО 04.02-03.03.17 0,36 2,10 5,9
Сумма 13,5 28,0 2,1
Снег 11 3-1 04.02-04.03.17 1,79 9,25 5,2
0,45 04.02-04.03.17 0,48 2,50 5,2
СО 04.02-04.03.17 0,04 0,42 12,1
Сумма 2,31 12,2 5,3
Примечания: 3-1 - крупнозернистая фракция (> 3 мкм); 0,45 - фракция с размерностью частиц 0,45-3 мкм; СО - мелкодисперсная фракция (наноразмерные пылевые, аэрозольные и коллоидные частицы и растворенная компонента).
Расчет активностей проводился с учетом поправки на распад на дату отбо-
п
ра образцов. Для короткоживущего Ве (Ту = 53,3 дня), предполагая равномерный характер его поступления в достаточно короткий промежуток времени (до 30 дней), вводилась поправка на время накопления образца:
Т
К =
1п(2) • ^
1 - е
1п(2К
Тх
где Т1 / - период полураспада Ве и ^ - период накопления [1].
Анализ данных, приведенных в таблице, указывает на некоторые особен-
7 210
ности поступления радиоактивных изотопов ( Ве, РЬ) на земную поверхность в составе атмосферных пыле-снеговых выпадений в зимний период:
1. Разделение по гранулометрическим фракциям взвешенного вещества снеготалых вод показывает, что исследуемые изотопы присутствуют во всех
2
выделенных фракциях (от самых крупных (> 3 мкм) до самых мелких (< 0,45 мкм), связанных с наноразмерными пылевыми и аэрозольными частицами, коллоидами и растворенной компонентой).
7 210
2. Динамика поступления Be и Pb носит достаточно равномерный характер. Минимальное выпадение Be зарегистрировано в январе 2017 г.
Л Л Л 1 А
(24,0 Бк/м ), а максимальное - в декабре 2016 г. (36,9 Бк/м ). Для Pb -12,0 Бк/м2 (ноябрь 2016 г.) и 18,6 Бк/м2 (январь 2017 г.),
соответственно.
3. Во всех изученных образцах интегральные активности 7Be в 1,3-2,6 раза
210
выше, чем Pb. Основное количество указанных изотопов находится в крупнозернистой фракции, которая является для них основным депонентом. Значительная их доля содержится в мелкодисперсной фракции, связанной с нанораз-мерными аэрозольными частицами, коллоидами, а также с растворенной составляющей.
7 91 П
4. В крупнозернистой фракции активность Be в 1,1 - 2,3 раза выше Pb. В отличие от нее в мелкодисперсной фракции отношения активностей указанных радионуклидов существенно выше и лежат в диапазоне 5,9 - 12,1. Это говорит о том, что, именно, мелкодисперсная фракция является концентратором изотопа Be.
Работа выполнена в рамках государственного задания № 0330-216-0011 при частичной финансовой поддержке гранта РФФИ № 17-05-41076 РГО a. Аналитические исследования проведены в «ЦКП Многоэлементных и изотопных исследований СО РАН».
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Aba A., Al-Dousari A. M., Ismaeel A. Depositional characteristics of 7 Be and 210 Pb in Kuwaiti dust // Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. - 2016. - Т. 307, № 1. - С. 15-23.
2. Yoon Y. Y. et al. Seasonal variation of 7 Be and 3 H in Korean ambient air and rain // Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. - 2016. - Т. 307, № 3. - С. 1629-1633.
3. Taylor A. et al. Temporal variability of beryllium-7 fallout in southwest UK // Journal of environmental radioactivity. - 2016. - Т. 160. - С. 80-86.
4. Мельгунов М. С., Щербов Б. Л., Рубанов М. В., Золотухина К. А., Восель Ю. В., Гус-
210 7 137
таитис
М. А. 210Pb, 'Be
и Cs в атмосферных выпадениях юга Западной Сибири // Материалы Всероссийской конференции с международным участием, посвященной 60-летию Института геохимии СО РАН и 100-летию со дня рождения академика Л. В. Таусона. - 2017. - Иркутск : Институт геохимии им. А. П. Виноградова СО РАН. - С. 122.
5. Восель Ю. В., Золотухина К. А., Журкова И. С., Густайтис М. А., Рубанов М. В. Динамика поступления 210Pb, 7Be и 137Cs в зимний период на территории юга Западной Сибири // Материалы XXVII Всероссийской молодежной конференции «Строение литосферы и геодинамика» с участием исследователей из других стран. - 2017. - Иркутск : Институт земной коры СО РАН. - С. 66-67.
6. Мельгунов М. С., Щербов Б. Л., Рубанов М. В. 210Pb и 7Be в снеговых пробах из различных ландшафтных зон юга Западной Сибири // Материалы V Международной конференции. - 2016. - Томск : Национальный исследовательский Томский политехнический университет. - С. 425-428.
7. Zolotuhina K. Investigation of the radioactive composition of atmospheric fallout by nuclear geophysical method // Сборник трудов городской научно-практической конференции
аспирантов и магистрантов «Science. Research. Practice». - 2018. - Новосибирск : Новосибирский государственный технический университет. - С. 44-45.
8. Яковлев Е. Ю., Дружинин С. В., Быков В. М. Влияние короткоживущих радиоактивных изотопов на изменение гамма-фона во время осадков на Европейском севере России // Успехи современного естествознания. - 2017. - № 6. - С. 123-129.
9. Кременчуцкий Д. А., Батраков Г. Ф. Временная изменчивость поступления берил-лия-7 (7Ве) на подстилающую поверхность в Севастополе // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. - 2016. - № 3. - С. 95-98.
10. Sykora I. et al. Long-term variations of radionuclides in the Bratislava air // Journal of environmental radioactivity. - 2017. - Т. 166. - С. 27-35.
11. Semertzidou P., Piliposian G. T., Appleby P. G. Atmospheric residence time of 210Pb determined from the activity ratios with its daughter radionuclides 210Bi and 210Po // Journal of environmental radioactivity. - 2016. - Т. 160. - С. 42-53.
12. Krmar M. et al. Beryllium-7 and 210Pb atmospheric deposition measured in moss and dependence on cumulative precipitation // Science of the Total Environment. - 2016. - Т. 541. -С.941-948.
13. Paatero J. et al. Deposition of atmospheric 210Pb and total beta activity in Finland // Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. - 2015. - Т. 303, № 3. - С. 2413-2420.
14. Rachal D. M. et al. Modifying landscape connectivity by reducing wind driven sediment redistribution, Northern Chihuahuan Desert, USA // Aeolian Research. - 2015. - Т. 17. - С. 129-137.
15. Wilkinson S. N. et al. Sediment source tracing with stratified sampling and weightings based on spatial gradients in soil erosion // Journal of soils and sediments. - 2015. - Т. 15, № 10. -С.2038-2051.
16. Gordo E. et al. Study of 7Be and 210Pb as radiotracers of African intrusions in Malaga (Spain) // Journal of environmental radioactivity. - 2015. - Т. 148. - С. 141-153.
17. Pham M. K. et al. Impact of Saharan dust events on radionuclide levels in Monaco air and in the water column of the northwest Mediterranean Sea // Journal of environmental radioactivity. - 2017. - Т. 166. - С. 2-9.
18. Iurian A. R. et al. The interception and wash-off fraction of 7Be by bean plants in the context of its use as a soil radiotracer // Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. -2015. - Т. 306, № 1. - С. 301-308.
19. Hernandez-Ceballos M. A. et al. A climatology of 7Be in surface air in European Union // Journal of environmental radioactivity. - 2015. - Т. 141. - С. 62-70.
20. Du J. et al. Temporal variations of atmospheric depositional fluxes of 7Be and 210Pb over 8 years (2006-2013) at Shanghai, China, and synthesis of global fallout data // Journal of Geophysical Research: Atmospheres. - 2015. - Т. 120, № 9. - С. 4323-4339.
REFERENCES
1. Aba A., Al-Dousari A. M., Ismaeel A. Depositional characteristics of 7 Be and 210 Pb in Kuwaiti dust // Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. - 2016. - T. 307, № 1. - S. 15-23.
2. Yoon Y. Y. et al. Seasonal variation of 7 Be and 3 H in Korean ambient air and rain // Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. - 2016. - T. 307, № 3. - S. 1629-1633.
3. Taylor A. et al. Temporal variability of beryllium-7 fallout in southwest UK // Journal of environmental radioactivity. - 2016. - T. 160. - S. 80-86.
4. Mel'gunov M. S., Shcherbov B. L., Rubanov M. V., Zolotuhina K. A., Vosel' Yu. V., Gustajtis M. A. 210Pb, 7Be i 137Cs v atmosfernyh vypadeniyah yuga Zapadnoj Sibiri // Materialy Vserossijskoj konferencii s mezhdunarodnym uchastiem, posvyashchennoj 60-letiyu Instituta geohimii SO RAN i 100-letiyu so dnya rozhdeniya akademika L. V. Tausona. - 2017. - Irkutsk : Institut geohimii im. A.P. Vinogradova SO RAN. - S. 122.
5. Vosel' Yu. V., Zolotuhina K. A., Zhurkova I. S., Gustajtis M. A., Rubanov M. V. Dinamika postupleniya 210Pb, 7Be i 137Cs v zimnij period na territorii yuga Zapadnoj Sibiri // Materialy XXVII Vserossijskoj molodezhnoj konferencii «Stroenie litosfery i geodinamika» s uchastiem issledovatelej iz drugih stran. - 2017. - Irkutsk : Institut zemnoj kory SO RAN. - S. 66-67.
6. Mel'gunov M. S., Shcherbov B. L., Rubanov M. V. 210Pb i 7Be v snegovyh probah iz razlichnyh landshaftnyh zon yuga Zapadnoj Sibiri // Materialy V Mezhdunarodnoj konferencii. -2016. - Tomsk : Nacional'nyj issledovatel'skij Tomskij politekhnicheskij universitet. - S. 425-428.
7. Zolotuhina K. Investigation of the radioactive composition of atmospheric fallout by nuclear geophysical method // Sbornik trudov gorodskoj nauchno-prakticheskoj konferencii aspirantov i magistrantov «Science. Research. Practice». - 2018. - Novosibirsk : Novosibirskij gosudarstvennyj tekhnicheskij universitet. - S. 44-45.
8. Yakovlev E. Yu., Druzhinin S. V., Bykov V. M. Vliyanie korotkozhivushchih radioaktivnyh izotopov na izmenenie gamma-fona vo vremya osadkov na Evropejskom severe Rossii // Uspekhi sovremennogo estestvoznaniya. - 2017. - № 6. - S. 123-129.
9. Kremenchuckij D. A., Batrakov G. F. Vremennaya izmenchivost' postupleniya berilliya-7 (7Ve) na podstilayushchuyu poverhnost' v Sevastopole // Ekologicheskaya bezopasnost' pribrezhnoj i shel'fovoj zon morya. - 2016. - № . 3. - S. 95-98.
10. Sykora I. et al. Long-term variations of radionuclides in the Bratislava air // Journal of environmental radioactivity. - 2017. - T. 166. - S. 27-35.
11. Semertzidou P., Piliposian G. T., Appleby P. G. Atmospheric residence time of 210Pb determined from the activity ratios with its daughter radionuclides 210Bi and 210Po // Journal of environmental radioactivity. - 2016. - T. 160. - S. 42-53.
12. Krmar M. et al. Beryllium-7 and 210Pb atmospheric deposition measured in moss and dependence on cumulative precipitation // Science of the Total Environment. - 2016. - T. 541. -S. 941-948.
13. Paatero J. et al. Deposition of atmospheric 210Pb and total beta activity in Finland // Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. - 2015. - T. 303, № 3. - S. 2413-2420.
14. Rachal D. M. et al. Modifying landscape connectivity by reducing wind driven sediment redistribution, Northern Chihuahuan Desert, USA // Aeolian Research. - 2015. - T. 17. - S. 129-137.
15. Wilkinson S. N. et al. Sediment source tracing with stratified sampling and weightings based on spatial gradients in soil erosion // Journal of soils and sediments. - 2015. - T. 15, № 10. -S. 2038-2051.
16. Gordo E. et al. Study of 7Be and 210Pb as radiotracers of African intrusions in Malaga (Spain) // Journal of environmental radioactivity. - 2015. - T. 148. - S. 141-153.
17. Pham M. K. et al. Impact of Saharan dust events on radionuclide levels in Monaco air and in the water column of the northwest Mediterranean Sea // Journal of environmental radioactivity. - 2017. - T. 166. - S. 2-9.
18. Iurian A. R. et al. The interception and wash-off fraction of 7Be by bean plants in the context of its use as a soil radiotracer // Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. -2015. - T. 306. - № 1. - S. 301-308.
19. Hernandez-Ceballos M. A. et al. A climatology of 7Be in surface air in European Union // Journal of environmental radioactivity. - 2015. - T. 141. - S. 62-70.
20. Du J. et al. Temporal variations of atmospheric depositional fluxes of 7Be and 210Pb over 8 years (2006-2013) at Shanghai, China, and synthesis of global fallout data // Journal of Geophysical Research: Atmospheres. - 2015. - T. 120, № 9. - S. 4323-4339.
© К. А. Золотухина, М. С. Мельгунов, 2018
