CC BY
16
УДК 631.4:502.76
DOI: 10.24412/2587-6740-2021-5-101-105
ПЕРИОДЫ ПОЛУВЫВЕДЕНИЯ И МИГРАЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ 137С$ ИЗ ПОЧВ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ ЧЕРНОБЫЛЬСКИМИ ВЫПАДЕНИЯМИ НА ТЕРРИТОРИИ БРЯНСКОЙ, КАЛУЖСКОЙ, ТУЛЬСКОЙ И ОРЛОВСКОЙ ОБЛАСТЕЙ
П.М. Орлов, Н.И. Аканова
ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии имени Д.Н. Прянишникова», г. Москва, Россия
На основе данных локального мониторинга изучено изменение средних значений содержания 137Сб в период с 1991 по 2014 гг. для различных типов почв. Оценка периодов полувыведения 137Сб из почв представляет собой как научный, так и практический интерес. Приведены данные о содержании 137Сб в почвах сильно и умеренно загрязненных районов Брянской, Калужской, Тульской и Орловской областей в 1991 и 2014 гг. и оценены периоды полувыведения 137Сб из почв. В Брянской области период полувыведения в сильно загрязненных районах равнялся 27,0±1,6 года, умеренно загрязненных — 25,1±2,2 года; в Калужской области для сильно и умеренно загрязненных почв — 21,8±2,5 года, в Тульской области — 20,2±1,8 года, в Орловской области — 17,9±1,9 года. Обнаружена положительная корреляционная зависимость периода полувыведения и средним содержанием 137Сб в почве указанных областей с коэффициентом корреляции на уровне 0,95. На основе полученных данных и уравнения радиоактивного распада оценена скорость миграции 137Сб и период миграционного полуснижения элемента из почвы. Рассмотрены причины вариабельности периодов полувыведения 137Сб из почв обследованных субъектов. К ним отнесены внесение калийных удобрений, известкование почвы и природа несущих 137Сб матриц. Выполнен прогноз содержания 137Сб в почве в загрязненных районах Брянской, Калужской, Тульской и Орловской областей в 2020 г. Ключевые слова: АЭС, радионуклиды, почва, 137Сз, средние значения, авария, загрязнение почв, полураспад, полувыведение.
После Чернобыльской аварии прошло 35 лет. За это время содержание техногенной радиоактивности в почве значительно снизилось. Как показал мониторинг сельскохозяйственных угодий, содержание ,37С$ в почве снижалось более быстрыми темпами, чем радиоактивный распад ядер ,37С$. На снижении уровней загрязнения почв ,37С$ также влияют процессы, не связанные с физическим распадом ядер ,37С$. Оценка периодов полувыведения ,37С$ из почв представляет собой как научный (прогноз содержания ,37С$ в почве в будущем), так и практический (оценка потребности внесения удобрений и мелиорантов в будущем) интерес.
Целью работы является расчет периодов полувыведения и оценка миграционной способности ,37С$ из почвы загрязненных территорий. Нами использованы справочные данные ряда работ [,, 2, 3] по радиоактивному загрязнению почв Брянской, Калужской, Тульской и Орловской областей. Расчеты проводились во временном интервале ,99,-20,4 гг. Обобщения сделаны на уровне административных районов.
Почвы Брянской области наиболее сильно подверглись радиоактивным выпадениям. Запас ,37С$ в почвах Брянской области в 20,4 г. на радиоактивном пятне нами оценивалась на уровне (25±8)-,03 Ки [4]. Интервал изменения плотности загрязнения почв изменяется в широких пределах [5]. Административные районы Брянской области разделены на 3 группы в соответствии с интенсивностью загрязнения. Для каждой из групп рассчитаны периоды полувыведения ,37С$ из почвы. Все статистические расчеты выполнены с уровнем доверия 0,95.
В группу административных районов Брянской области, почвы которых подверглись интенсивному загрязнению, отнесено 6 районов. В 20,4 г. для этих районов средняя плотность загрязнения почвы превышала значение 3 Ки/км2.
Динамика снижения уровней загрязнения во времени представлена в таблице ,. Данные показывают, что среднее значение периода полувыведения ,37С$ из почв сильно загрязненных районов равно 27,0±,,6 лет, стандартный интервал — 23-3, год.
Среднее значение периода полувыведения ниже периода полураспада радиоактивного ядра ,37С$. В Климовском районе период полувыведения оказался значительно больше периода полураспада ,37С$ (30 лет). Поэтому данные о динамике загрязнения почв во времени для Кли-мовского района Брянской области не вошли в анализируемую совокупность данных.
В группу административных районов, которые имеют умеренное загрязнение почвы ,37С$, отнесено 9 районов. В 20,4 г. в этих районах средняя плотность загрязнения почвы находилась в интервале 0,3-,,0 Ки/км2. Динамика снижения уровней загрязнения во времени представлена в таблице 2.
Период полувыведения ,37С$ из умеренно загрязненных почв Брянской области во временном интервале ,99,-20,4 гг. равен 25,,±2,2 года. Отметим, что для Дятьковского и Навлинского районов период полувыведения превышает период полураспада радиоактивного ядра ,37С$ и выходит за рамки стандартного интервала. В Карачаевском районе период полувыведения ,37С$ также превышает 30 лет, однако превышение незначительное и не выше погрешности определения, поэтому данные о динамике снижения загрязнения почв в Карачаевском районе мы оставили в общем множестве.
В группу административных районов, в которых наблюдается слабое загрязнение почвы ,37С$, отнесено 9 районов. Результаты представлены в таблице 3. В 20,4 г. в этих районах средняя плотность загрязнения почвы находилась в интервале 0,,2-0,20 Ки/км2, что соответствует
содержанию ,37Cs в почве в интервале 14-24 Бк/ кг. Такой уровень загрязнения почв находится в типичном интервале современного загрязнения почв России (среднее значение равно 12 Бк/кг, верхняя граница — 26 Бк/кг) [6].
Среднее значение периода полувыведения 137Cs из слабо загрязненных почв равно 23,3±0,8, стандартный интервал — 21-26 лет. В Брянской области период полувыведения 137Cs из слабо загрязненных почв меньше такового, характерного для сильнозагрязненных почв. Разница между средними значениями равняется 3,7 года, и она больше полусуммы погрешностей, с которыми определены средние значения — 1,2 года.
Данные о динамике снижения содержания 137Cs в почве Суражского района не включены в общее множество данных по причине превышения периода полувыведения 137Cs из почвы по сравнению с периодом полураспада.
По сравнению с Брянской областью Калужская область подверглась меньшему радиоактивному загрязнению. Запас 137Cs в почвах Калужской области составляет (1,8±0,5)-103 Ки. Содержание 137Cs в почвах Калужской области существенно ниже, чем в Брянской [5]. В 7 районах Калужской области возможна оценка периода полувыведения 137Cs из почвы. Средняя плотность загрязнения почвы 137Cs в 2014 г. в этих районах находится в интервале 0,5-2,7 Ки/ км2. Это сильно и умеренно загрязненные почвы. В таблице 4 представлены результаты изменений содержания 137Cs в 1991 и 2014 гг. в почве 4 районов Калужской области. Жиздринский и Ульяновский районы области могут быть отнесены к группе сильно загрязненных районов, Козельский и Людиновский — к группе умеренно загрязненных районов.
Для 4 районов Калужской области рассчитанные периоды полувыведения 137Cs из почвы представлены в таблице 5. Как видно, среднее
© Орлов П.М., Аканова Н.И., 2021 Международный сельскохозяйственный журнал, 2021, том 64, № 5 (383), с. 101-105.
SCIENTIFIC SUPPORT AND MANAGEMENT OF AGRARIAN AND INDUSTRIAL COMPLEX
Таблица 1
Динамика изменения средней плотности загрязнения шСз в почвах в сильно загрязненных районов Брянской области
Район Содержание* 137Cs в почве, Ки/км2 Период полувыведения, лет
1991 г. 2014 г. 2020 г. (прогноз)
Гордеевский 12,3/5,5-19,5 7,4/3,3-11,5 6,5/2,9-10,0 31,5
Злыковский 17,8/9,8-25,8 9,8/5,4-14,2 8,4/4,6-12,1 26,8
Клинцовский 8,7/2,5-14,9 4,5/1,3-7,7 3,8/1,1-6,5 25,0
Красногорский 14,0 - <33,8 7,0- <16,9 5,6-<13,6 19,3
Новозыбковский 18,5/11,5-25,5 10,8/6,7-14,9 9,4/5,8-12,9 29,4
среднее значение/стандартный интервал 27,0+1,6/23-31
Климовский 5,3/2,0-8,5 3,2/1,2-5,1 2,8/1,0-4,4 34,1
*Среднее значение/стандартный интервал.
Таблица 2
Динамика изменения средней плотности загрязнения 137Сб в почвах умеренно загрязненных районов Брянской области
Район Содержание* 137Cs в почве, Ки/км2 Период полувыведения, лет
1991 г. 2014 г. 2020 г. (прогноз)
Брасовский 1,3/0,5-2,1 0,55/0,23-0,87 0,4/0,18-0,76 18,7
Карачаевский 0,53/0,25-0,81 0,32/0,15-0,49 0,28/0,13-0,43 31,6
Комаричский 1,56/1,25-1,85 0,62/0,5-0,74 0,49/0,39-0,58 17,3
Погарский 1,4/0,8-2,1 0,68/0,38-0,98 0,56/0,31-0,81 22,0
Рогнелинский 0,84/0,5-1,2 0,5/0,3-0,7 0,44/0,26-0,61 30,0
Трубчевский 0,96/0,59-1,33 0,54/0,33-0,75 0,470,29-0,65 28,8
Стародубский 1,8/0,6-3,0 1,0/0,34-1,66 0,86/0,29-1,4 27,2
среднее значение/стандартный интервал 25,1+2,2/20-31
Дятьковский 1,4/0,6-2,2 0,9/0,4-1,4 0,78/0,35-1,2 36,1
Навлинский 0,7/0,3-1,1 0,45/0,19-0,71 0,39/0,17-0,62 36,0
*Среднее значение/стандартный интервал.
Таблица 3
Динамика изменения средней плотности загрязнения 137Сб в почвах слабо загрязненных районов Брянской области
Район Содержание* 137Cs в почве, Ки/км2 Период полувыведения, лет
1991 г. 2014 г.
Брянский 0,26/0,13-0,39 0,14/0,07-0,21 25,7
Дубровский 0,30/0,09-0,51 0,13/0,04-0,22 19,0
Жирятиннский 0,25/0,15-0,35 0,13/0,08-0,18 24,8
Жуковский 0,29/0,14-0,44 0,15/0,07-0,23 23,8
Клетнянский 0,26/0,17-0,35 0,12/0,08-0,16 20,3
Мглинский 0,29/0,08-0,50 0,15/0,04-0,26 23,9
Почепский 0,23/0,15-0,31 0,12/0,08-0,16 24,8
Унечский 0,33/0,12-0,54 0,17/0,06-0,28 23,8
среднее значение/стандартный интервал 23,3+0,8
Суражский 0,32/<0,7 0,20/<0,45 33,9
*Среднее значение/стандартный интервал.
Таблица 4
Динамика изменения содержания 137Сб в почвах районов Калужской области
Район Содержание* в почве 137Cs, Ки/км2 Период полувыведения, лет
1991 г. 2014 г. 2020 г. (прогноз)
Жиздринский 3,3/0,8-5,8 1,7/ 0,4-3,0 1,4/0,3-2,5 24,0
Козельский 1,1/0,4-1,8 0,5/0,2-0,8 0,4/<0,6 21,3
Людиновский 2,6/1,5-3,8 0,9/0,5-1,3 0,7/0,4-1,0 15,1
Ульяновский 4,9/2,3-7,4 2,7/1,3-4,1 2,2/1,1-3,5 26,8
среднее значение за период 1991-2014 гг. 21,8+2,5
стандартный интервал за период 1991-2014 гг. 17-27
*Среднее значение/стандартный интервал.
102 -
INTERNATIONAL AGRICULTURAL JOURNAL № 5 (383) / 2021
значение периода полувыведения для этой группы административных районов равно 21,8±2,5, стандартный интервал — 17-22 года. В пределах статистической погрешности среднее значение совпадает с периодом полувыведения 137С$ из слабозагрязненных почв Брянской области.
Из всех субъектов РФ Тульская область имеет наибольшую площадь радиоактивного загрязнения сельскохозяйственных угодий. Запас 137С$ в почвах Тульской области нами оценивается на уровне (10,1±1,6)-103 Ки [4]. Для оценки периода полувыведения 137С$ из черноземной почвы Тульской области пригодны данные 11 районов. Результаты расчетов представлены в таблице 5. Для этой группы районов среднее значение периода полувыведения 137С$ из почвы составляет 20,2±1,8 года, стандартный интервал — 1426 лет. Эти параметры близки к аналогичным параметрам для почв Калужской области.
Площадь сельскохозяйственных угодий Орловской области с уровнем загрязнения 137С$ более 1 Ки/км2 в 1993 г. составляла 396 тыс. га. В 2014 г. средняя плотность загрязнения 137С$ на радиоактивном пятне в Орловской области была 0,65 Ки/км2, верхняя граница — 0,95 Ки/ км2 [4]. Данные о содержании 137С$ в почвах административных районов Орловской области в 1991 и 2014 гг. приведены в таблице 6.
На основе полученных данных оценено среднее значение периода полувыведения и стандартные интервалы содержания 137С$ в почве. В 7 административных районах Орловской области возможна оценка периода полувыведения 137С$ из почвы и расчет среднего значения периода полувыведения и стандартного интервала, характерных для этой группы районов. Полученные результаты представлены в таблице 6. Для этой группы районов среднее значение периода полувыведения 137С$ из почвы составляет 17,9±1,9 года, стандартный интервал — 1323 года. Эти параметры близки к аналогичным параметрам для почв Калужской области.
Как видно из данных таблиц 1, 2, 4, 6, для областей наблюдается снижение средних значений периодов полувыведения 137С$ из почвы по мере снижения средних значений уровней содержания 137С$. В таблице 7 представлены данные о средних содержаниях 137С$ в сильно и умеренно загрязненных почвах и значения периодов полувыведения 137С$ в указанных областях. Коэффициент корреляции между этими величинами высокий и равен 0,95. Это указывает на то, что в условиях загрязнения почв от Чернобыльской аварии существует зависимость между уровнем загрязнения почвы и процессами, ответственными за очищение почв от радиоактивного загрязнения.
Известно, что за счет радиоактивного распада ядер 137С$ происходит снижение его содержания в почве. Это снижение происходит по закону радиоактивного распада с периодом полураспада 30 лет. Период полураспада (константа распада) является фундаментальной характеристикой радиоактивного ядра и не зависит от внешнего воздействия. Снижение содержания 137С$ в почве также происходит за счет миграционных процессов, скорость которых зависит от состояния и содержания катиона щелочного металла С$+, меченного 137С$. Метка происходит в результате изотопного обмена 137С$ между цезием почвообразующих минералов, органического вещества почвы и калийных удобрений. Как известно [7], цезий является рассеянным
www.mshj.ru
элементом земной коры и всегда присутствует в природных соединениях калия в качестве примеси.
Скорость выведения ,37С$ из почвы есть сумма скоростей радиоактивного распада и миграции. По имеющимся у нас данным была рассчитана скорость миграции (снижение содержания ,37С$ в почве, не связанное с радиоактивным распадом) в реальных условиях радиоактивно загрязненных территорий по формуле ,; связь констант и периодов полураспада и полувыведения была рассчитана по формуле 2: ,) Х = А0ехр(-А,1) — А0ехр(-А2 1), 2) АТ = 1п2,
где Х — суммарная скорость выноса ,37С$ из почве в результате миграции, Ки/км2-год; А0 — начальное содержание ,37С$ в почве, Ки/км2; А, и А2 —константы полураспада и полувыведения ,37С$ из почвы; 1 — время, за которое рассчитывается скорость миграции (1 = , год).
Полученные результаты представлены в таблице 7. Как видно, период полувыведения ,37С$ из почвы находится в корреляционной зависимости от среднего содержания ,37С$ в почве. Коэффициент корреляции достаточно высок и равен 0,95. Относительная скорость миграции имеет отрицательный коэффициент корреляции относительно среднего содержания ,37С$ в почве.
Как уже отмечалось, скорость миграции ,37С$ из почвы связана с миграцией катиона С$+, что обуславливает и объясняет значительные изменения численных значений периода полувыведения в районах и в целом в областях загрязненных территорий. Это обстоятельство также обуславливает зависимость миграционных процессов ,37С$ из загрязненной почвы от хозяйственной деятельности человека. Внесение калийных удобрений приводит к реакциям изотопного обмена ,37С$ между компонентами почвы и калийными удобрениями. Процесс приводит к увеличению содержания ,37С$ в растворимой форме, миграционная способность ,37С$ увеличивается. Так, в ряде районов Калужской, Тульской и Орловской областей период полувыведения ,37С$ из почвы меньше 20 лет, что существенно ниже его периода полураспада (таблицы 4-6). В этих районах миграционные процессы ,37С$ вносят существенный вклад в очищение почвы от техногенного радионуклида.
В первом приближении можно считать, что скорость миграции ,37С$ прямо пропорциональна его содержанию в почве. В этом случае можно рассчитать период миграционного полуснижения ,37С$. Результаты расчетов приведены в таблице 7. Видно, что период миграционного полуснижения ,37С$ в почве Брянской области значительно превосходит таковой в Калужской, Тульской и Орловской областях.
Следует отметить, что в радиоактивно загрязненные почвы Брянской области с целью снижения поступления ,37С$ в сельскохозяйственные растения вносились в повышенных дозах известковые материалы. Известь (карбонат кальция, магния) не взаимодействует с ,37С$. Снижение поступления ,37С$ в растения связано с изменением агрохимических показателей почвы, в первую очередь, ее кислотности. Карбонаты кальция и магния являются «блокаторами» перехода катионов С$+, меченного ,37С$, в растения. Нормы внесения извести, в первую очередь, зависят от агрохимических свойств почвы, а не от ее уровня загрязнения. Внесение
Таблица 5
Динамика изменения содержания 137Сб в почвах районов Тульской области
Район Содержание* в почве 137С$, Ки/км2 Период полувыведения, лет
1991 г. 2014 г. 2020 г. (прогноз)
Арсеньевский 4,6/3,2-6,0 2,7/1,9-3,5 2,3/1,6-3,2 29,9
Белевский 4,2/1,4-7,0 1,2/0,4-2,0 0,87/0,29-1,5 12,8
Богородицкий 3,5/1,3-5,8 1,4/0,5-2,3 1,1/0,39-1,8 17,4
Воловской 1,4/0,8-2,1 0,74/0,4-1,1 0,63/0,3-0,9 25,0
Климовский 1,45/0,5-2,4 0,80/0,3-1,3 0,7/0,3-1,1 26,6
Киреевский 3,3<6,6 1,0/<2 0,73<1,4 13,3
Плавский 6,7/2,0-11,4 3,0/0,9-5,1 2,4/0,7-4,1 19,8
Теплоогаревский 2,8 /1,2-4,2 0,96/0,4-1,5 0,7/0,3-1,1 14,9
Узловской 4,5/2,1-6,8 1,7/0,8-2,6 1,3/0,6-2,0 16,5
Щекинский 2,2/<4,4 0,98/<2,2 0,8<1,8 19,7
Чернский 2,6/0,7-4,5 1,4/0,4-2,4 1,2/0,3-2,1 25,8
среднее значение за период 1991-2014 гг. 20,2±1,8
стандартный интервал за период 1991-2014 гг. 14-26
*Среднее значение/стандартный интервал.
Таблица 6
Динамика изменения содержания 137Сб в сильно и умеренно загрязненных почвах районов Орловской области
Район Содержание* 137С$ в почве, Ки/км2 Период полувыведения, лет
1991 г. 2014 г. 2020 г. (прогноз)
Болховский 4,1/2,5-6,4 1,6/0,7-2,5 1,3/0,5-2,0 16,9
Дмитровский 2,0/0,9-3,1 0,90/0,4-1,4 0,73/0,31,1 20,0
Залегощекинский 1,8/<3,2 0,67/<1,2 0,52/<0,9 16,1
Новосильский 1,3/0,9-1,7 0,60/0,4-0,8 0,49/0,3-0,7 20,6
Покровский 0,66/0,4-1,0 0,35/0,25-0,45 0,30/<0,4 25,0
Сосковский 1,1<1,8 0,54/<0,9 0,45<0,7 22,4
Шаблыкинский 1,7<2,9 0,53<0,9 0,4<0,7 13,8
среднее значение за период 1991-2014 гг. 17,9±1,9
стандартный интервал за период 1991-2014 гг. 13-23
*Среднее значение/стандартный интервал.
Таблица 7
Соотношение между средним содержанием 137Сб в почве и его периодом полувыведения на загрязненной территории субъектов РФ
Область Среднее содержание 137Сб, Ки/км2 Период полувыведения, лет Скорость миграционного снижения, Ки/кмЧод-1 Период миграционного полуснижения, лет
1 2 3 4 5
Брянская 3,6 25,6 0,004А0 173
Калужская 1,45 22 0,008А0 87
Тульская 1,4 20 0,011А0 63
Орловская 0,74 18 0,015 А0 46
коэффициент корреляции равен 0,95 между столбцами 2 и 3
коэффициент корреляции равен 0,91 между столбцами 2 и 4
коэффициент корреляции равен 0,99 между столбцами 2 и 5
больших избытков известковых материалов приводит к снижению миграционной способности ,37С$ и уменьшению вклада натурных миграционных процессов очищения почвы от радиоактивности.
Миграционный процесс ,37С$ из радиоактивно загрязненной почвы мало изучен. Мы считаем целесообразным рассмотреть другие причины вариабельности скорости миграции ,37С$ из почвы.
При Чернобыльской аварии выносимые из аварийного реактора радионуклиды находились на различных носителях — матрицах. К ним относятся топливная матрица, матрица конструкционных материалов, графит, теплоноситель (обычно вода), устойчивый аэрозоль. Эти матрицы различаются между собой размерами, массой, удельным весом, температурой и кинетической энергией. При выбросе из аварийного блока они поднимались на различную высоту и
МЕЖДУНАРОДНЫЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ № 5 (383) / 2021
ш
SCIENTIFIC SUPPORT AND MANAGEMENT OF AGRARIAN AND INDUSTRIAL COMPLEX
Таблица 8
Районы с аномальными периодами полyвыведения 137Cs из почвы
Район Содержание* 137Cs в почве, Ки/км2 период полyвыведения, лет
1991 г. 2014 г.
Брянская область
Климовский 5,3/2,0-8,5 3,2/1,2-5,1 34
Дятьковский 1,4/0,6-2,2 0,9/0,4-1,4 36
Навлинский 0,7/0,3-1,1 0,45/0,19-0,71 36
Суражский 0,32/<0,7 0,20/<0,45 34
^лужс^я область
Куйбышевский 1,0/0,6-1,4 0,62/0,37-0,87 33
Орловская область
Корсаковский 1,05 0,74/0,48-1,0 45,6
Мценский 1,31 0,85/0,42-1,27 37
'Среднее значение/стандартный интервал.
распространялись территориально на различные расстояния.
Топливная матрица и матрица конструкционных материалов являются тяжелыми матрицами, поэтому высоко не поднимаются и далеко не переносятся. Радиус их выпадений составляет десятки километров, они образуют ближнюю зону загрязнения. Примером такой зоны является 30-километровая зона Чернобыльской АЭС.
Пары воды, продукты сгорания и графит поднимаются выше, чем топливная и конструкционная матрицы, и образуют радиоактивные облака. В этих облаках также могут содержаться мелко диспергированные топливные частицы. Загрязнение от радиоактивных облаков может распространяться на сотни километров и охватывать обширные территории. Отличительной чертой этого пути загрязнения является его неравномерность и пятнистость, что значительно осложняет радиоэкологическую оценку территории.
Наиболее нагретые и легкие частицы (аэрозоли) поднимаются в верхние слои атмосферы, в стратосферу, они интенсивно перемешиваются и в дальнейшем относительно равномерно оседают на поверхности планеты. По данному механизму формируется глобальный уровень загрязнения. Выброс радионуклидов за пределы аварийного блока Чернобыльской АЭС представлял собой растянутый во времени процесс, состоящих из нескольких стадий [8, 9].
На первой стадии (первоначальный выброс) произошел выброс диспергированного топлива из разрушенного реактора. Состав радионуклидов на этой стадии примерно соответствовал их составу в выгоревшем топливе, но был обогащен летучими изотопами йода, теллура, цезия и благородных газов. На второй стадии (период охлаждения) — с 26 апреля по 2 мая 1986 г. мощность выброса за пределы аварийного блока уменьшилась. В этот период состав радионуклидов в выбросе также был близок к их составу в выгоревшем топливе. На этой стадии из реактора выносилось легко диспергированное топливо потоком горячего воздуха и продуктами окисления графита. Третья стадия (период разогрева) — до 6 мая характеризовалась быстрым нарастанием мощности выхода продуктов деления за пределы реакторного блока. В начальной части этой стадии отмечался преимущественный выход летучих веществ, в частности йода, а затем состав радионуклидов вновь приблизился
к составу в выгоревшем топливе. Последняя, четвертая стадия, наступившая после 6 мая, характеризовалась быстрым уменьшением выброса радионуклидов. Это явилось следствием стабилизации и последующего снижения температуры топлива.
Процесс выноса радиоактивных веществ из аварийного блока протекал более 10 дней. Развитие Чернобыльской аварии во времени и разнообразие механизмов загрязнения почвы обусловило загрязнение больших площадей. Из изложенного можно заключить, что в состав радиоактивных выпадений входили матрицы различной природы. Почвы Брянской, Калужской, Тульской и Орловской областей подверглись радиоактивным выпадениям, находящимся на носителях различной химической природы. Наличие в радиоактивных выпадениях «тяжелых» матриц обусловило более высокие уровни загрязнения почвы. Миграция 137С$ из «тяжелых» по сравнению с легкими матрицами затруднена. Эта причина, на наш взгляд, обусловила значительную вариабельность скорости миграции 137С$ из почвы в четырех рассматриваемых областях. В пользу этой причины вариабельности скорости миграции 137С$ из почвы говорит обнаружение сильной положительной корреляционной зависимости между средними уровнями загрязнения почвы и периодами полувыведения и периодами миграционного снижения и сильной отрицательной корреляции между средним уровнем загрязнения и скоростью миграции (табл. 7).
Таким образом, природа (состав носителя — матрицы) оказывает сильное влияние на миграционную способность 137С$ из почвы.
Возможен третий вариант интерпретации представленных результатов. Вполне возможно, что полученные данные по периодам полувыведения 137С$ из почвы являются «кажущимися». Нет гарантий, что за наблюдаемый период времени (1991-2014 гг.) почвы загрязненных территорий не подвергались дополнительным радиоактивным выпадениям или в административных районах не были выявлены новые территории с радиоактивным загрязнением, которые повысили средние уровни загрязнения. Радиоактивные выпадения с 1991 по 2014 гг. могли быть незначительными и на фоне существующего загрязнения могли быть незаметными. Однако они скомпенсировали снижение за счет радиоактивного распада.
INTERNATIONAL AGRICULTURAL JOURNAL № S (383) / 2021
При изучении кинетики снижения средних уровней загрязнения почвы в административных районах обследованных четырех областей, в трех из них обнаружены районы, в которых период полувыведения 137С$ из почвы был больше периода полураспада (30 лет). Эти результаты представлены в таблице 8.
В Брянской области в четырех районах почвы имеют периоды полувыведения 137С$ более 30 лет. Превышения не очень значительные, однако они больше, чем погрешность, с которой определены периоды полувыведения 137С$ из почвы в этих районах.
Изначально (до 1992 г.) почвы Брянской области подверглись подробному радиологическому обследованию с большим количеством почвенных образцов, отобранных в сильно и умеренно загрязненных районах. Поэтому появление новых выявленных участков загрязнения маловероятно. С большой долей вероятности можно предположить, что выявление площадей почв в административных районах, в которых период полувыведения 137С$ из почвы больше периода его полураспада, связано с поступлением «новых порций» радионуклида. Этим явлением можно объяснить более высокие средние значения периодов 137С$ для почв Брянской области по сравнению с другими областями.
Отмеченные факторы (внесение калийных и известковых удобрений, наличие в радиоактивных выпадениях «тяжелых» матриц, несущих 137С$, дополнительные радиоактивные выпадения за период 1992-2014 гг.) не являются взаимоисключающими, они могут действовать одновременно, усиливая вариабельность миграционных процессов.
Литература
1. Данные по радиоактивному загрязнению населенных пунктов РСФСР цезием-137 и стронцием-90. М.: Гидрометиоиздат, 1989. 55 с.
2. Справочник по радиационной обстановке и дозам облучения населения районов Российской Федерации, подвергшихся радиоактивному загрязнению вследствие аварии на Чернобыльской АЭС / под ред. М.И Баллонова. СПб., 1992. 140 с.
3. Данные по радиоактивному загрязнению территории населенных пунктов Российской Федерации 137С$, 9Ч 239+240ри / под ред. С.М. Вакуловского. Обнинск, ФГБУ «НПО «Тайфун», 2015. 225 с.
4. Государственный доклад «О состоянии окружающей природной среды Российской Федерации в 1993 году». С. 64-69. Утв. Постановлением Правительства РФ от 24.01.1993 г. № 53.
5. Орлов П.М., Гладышева О.В., Лунев М.И., Ака-нова Н.И. Зависимость содержания техногенных и естественных радионуклидов в почвах Центрального Федерального округа от интенсивности применения минеральных удобрений и химических мелиорантов // Международный сельскохозяйственный журнал. 2018. № 1 (361). С. 37-42.
6. Орлов П.М., Лунев М.И., Аканова Н.И. Динамика содержания долгоживущих радионуклидов 137С$ и в различных типах почв районов Брянской и Калужской областей // XXI век: Итоги прошлого и проблемы настоящего плюс: серия экология. Пенза: Изд-во ПензГТУ, 2017. № 05 (39), № 06 (40). С. 103-110.
7. Орлов П.М., Лунев М.И., Сычев В.Г. Радиационный мониторинг сельскохозяйственных угодий Российской Федерации. М.: ВНИИА, 2015. 175 с.
8. Некрасов В.В. Основы общей химии: монография. Т. 2. М.: Химия, 1973. 688 с.
9. Итоговый доклад о совещании по рассмотрению причин и последствий аварии в Чернобыле: Серия изданий по безопасности № 75-1№А6-1, МАГАТЭ. Вена, 1988. 110 с.
10. Коваленко Г.Д. Радиоэкология Украины: монография. Харьков: Инжек, 2008. 264 с.
www.mshj.ru
Об авторах:
Орлов Павел Михайлович, кандидат химических наук, старший научный сотрудник лаборатории агрохимии известковых удобрений и химической мелиорации, ОРСЮ: http://orcid.org/0000-0002-2753-3371, n_akanova@mail.ru
Аканова Наталья Ивановна, доктор биологических наук, профессор, заведующая лабораторией агрохимии известковых удобрений и химической мелиорации, ОРСЮ: http://orcid.org/0000-0003-3153-6740, n_akanova@mail.ru
HALF-LIFE AND MIGRATION CAPACITY OF 137CS FROM SOILS CONTAMINATED WITH CHERNOBYL FALLOUT IN THE BRYANSK, KALUGA, TULA AND ORYOL REGIONS
P.M. Orlov, N.I. Akanova
All-Russian Research Institute of Agrochemistry named after D.N. Pryanishnikov, Moscow, Russia
Based on local monitoring data, the change in the average values of 137Cs content in the period from 1991 to 2014 for different types of soils was studied. Estimating the half-lifes 137Cs from soils is of both scientific and practical interest. The data on the content of 137Cs in soils of heavily and moderately polluted areas of the Bryansk, Kaluga, Tula and Orel regions in 1991 and 2014 are presented and the half-lifes of 137Cs from soils are estimated. In the Bryansk region, the half-life in heavily polluted areas was 27.0+1.6 years, moderately polluted — 25.1+2.2 years; in the Kaluga region for severely and moderately polluted soils — 21.8+2.5 years, the Tula region — 20.2+1.8 years, the Oryol region — 17.9+1.9 years. A positive correlation was found between the half-hatching period and the average content of 137Cs in the soil of these areas with a correlation coefficient at the level of 0.95. On the basis of the obtained data and the equation of radioactive decay, the migration rate of 137Cs and the period of the element's migration half-decrease from the soil are estimated. The reasons for the variability of the half-life of 137Cs from the soils of the surveyed subjects are considered. These include the application of potash fertilizers, liming of the soil and the nature of the 137Cs bearing matrices. The forecast of the content of 137Cs in the soil in the polluted areas of the Bryansk, Kaluga, Tula and Oryol regions in 2020 was made.
Keywords: nuclear power plant, radionuclides, soil, 137Cs, average values, accident, soil pollution, half-life, semi-excretion.
References
1. Dannye po radioaktivnomu zagryazneniyu naselen-nykh punktov RSFSR tseziem-137 i strontsiem-90 (1989). [Data on radioactive contamination of settlements of the RSFSR with cesium-137 and strontium-90]. Moscow, Gidro-metioizdat Publ., 55 p.
2. Ballonov, M.I. (ed.) (1992). Spravochnik po radiatsi-onnoi obstanovke i dozam oblucheniya naseleniya raionov Rossiiskoi Federatsii, podvergshikhsya radioaktivnomu zagryazneniyu vsledstvie avarii na Chernobyl'skoi AEHS [Handbook on the radiation situation and radiation doses of the population of the regions of the Russian Federation exposed to radioactive contamination as a result of the accident at the Chernobyl nuclear power plant]. Saint-Petersburg, 140 p.
3. Vakulovskii, S.M. (ed.) (2015). Dannye po radio-aktivnomu zagryazneniyu territorii naselennykh punktov Rossiiskoi Federatsii "7Cs, 90Sr, 239+240Pu [Data on radioactive contamination of the territory of settlements of the Russian Federation 137Cs, 90Sr, 239+240Pu]. Obninsk, FGBU "NPO "Typhoon", 225 p.
About the authors:
4. Gosudarstvennyi doklad «O sostoyanii okruzhay-ushchei prirodnoi sredy Rossiiskoi Federatsii v 1993 godu» (1993). [State report "On the state of the environment of the Russian Federation in 1993"], pp. 64-69. Approved by the Decree of the Government of the Russian Federation from 24.01.1993. No. 53.
5. Orlov, P.M., Gladysheva, O.V., Lunev, M.I., Akanova, N.I. (2018). Zavisimost' soderzhaniya tekhnogennykh i estestvennykh radionuklidov v pochvakh Tsentral'nogo Federal'nogo okruga ot intensivnosti primeneniya mineral'nykh udobrenii i khimicheskikh meliorantov [Dependence of the content of technogenic and natural ra-dionuclides in the soils of the Central Federal District on the intensity of the use of mineral fertilizers and chemical ameliorants]. Mezhdunarodnyi sel'skokhozyaistvennyi zhur-nal [International agricultural journal], no. 1 (361), pp. 37-42.
6. Orlov, P.M., Lunev, M.I., Akanova, N.I. (2017). Dinami-ka soderzhaniya dolgozhivushchikh radionuklidov 137Cs i 90Sr v razlichnykh tipakh pochv raionov Bryanskoi i Kaluzhs-koi oblastei [Dynamics of the content of long-lived radionuclides 137Cs and 90Sr in various types of soils of the districts
of the Bryansk and Kaluga regions]. WI vek: Itogi proshlogo i problemy nastoyashchego plyus: seriya ehkologiya [XXI century: Results of the past and problems of the present plus: a series of ecology]. Penza, Publishing House of PenzSTU, no. 05 (39), no. 06 (40), pp. 103-110.
7. Orlov, P.M., Lunev, M.I., Sychev, V.G. (2015). Radiat-sionnyi monitoring sel'skokhozyaistvennykh ugodii Rossiiskoi Federatsii [Radiation monitoring of agricultural land of the Russian Federation]. Moscow, VNIIA, 175 p.
8. Nekrasov, V.V. (1973). Osnovy obshchei khimii: mono-grafiya [Fundamentals of general chemistry: monograph], vol. 2. Moscow, Khimiya Publ., 688 p.
9. Itogovyi doklad o soveshchanii po rassmotreniyu prichin i posledstvii avarii v Chernobyle: Seriya izdanii po bezopasnosti № 75-INSAG-1, MAGATEH (1988). [Final report on the meeting to consider the causes and consequences of the Chernobyl accident: Series of publications on security No. 75-INSAG-1, IAEA]. Vienna, 110 p.
10. Kovalenko, G.D. (2008). Radioehkologiya Ukrainy: monografiya [Radioecology of Ukraine: monograph]. Krakow, Inzhek Publ., 264 p.
Pavel M. Orlov, candidate of chemical sciences, senior researcher of the laboratory
of lime fertilizers and chemical reclamation, ORCID: http://orcid.org/0000-0002-2753-3371, n_akanova@mail.ru
Natalia I. Akanova, doctor of biological sciences, professor, head of the laboratory of lime fertilizers and chemical reclamation,
ORCID: http://orcid.org/0000-0003-3153-6740, n_akanova@mail.ru
n_akanova@mail.ru
30 АВГУСТА —14 ОКТЯБРЯ ОТКРЫТОЕ ГОЛОСОВАНИЕ АУДИТОРИИ САЙТА В НОМИНАЦИИ «ЧЕЛОВЕК ГОДА»
СТАТЬ ПАРТНЕРОМ И СПОНСОРОМ
L.VOLOZHINETS@AGROINVESTOR.RU
ПРО БИЗНЕС
Независимый Партнер номинации Партнер номинации Информационные партнеры
консультант
XwilU'
www.award.agroinvestor.ru
Официальный партнер Партнер премии Партнер фуршета
- 105
МЕЖДУНАРОДНЫЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ № 5 (383) / 2021
