CC BY
27
118
Естественные науки
УДК 574
Радиоэкологическое изучение территории Республики Марий Эл
1 117
'ПА. Ситников, 'А.В. Леухин, 'А.Р. Сазонов, 2А.М. Андреев
1 Марийский государственный университет, Йошкар-Ола ООО «Висан», Йошкар-Ола
Приведены результаты изучения радиоэкологической ситуации в Республике Марий Эл. Сделано предположение о чернобыльском происхождении выпадений. Построены карты поверхностного загрязнения почвы техногенными радионуклидами Cs-137 и Sr-90.
The article presents the results of the research on radiation and ecological investigation in the Republic of Mari El. It is suggested that Chernobyl catastrophe may have affected the situation. The maps presenting soil contamination by radiation nuclei are also shown.
В настоящее время практический интерес представляет изучение влияния радиационных факторов на человека. Эта проблема возникла в результате широкого использования атомной энергии в современном мире, которое не только привело к значительному перераспределению естественных радионуклидов в окружающей среде, но и стало причиной появления значительного количества радиоизотопов, не встречавшихся ранее в природе. Особый интерес представляют именно последние, в силу того, что человеческий организм развивался миллионы лет в условиях отсутствия таковых.
Эта комплексная задача включает в себя не только изучение собственно воздействия радионуклидов и ионизирующего излучения на организм человека, но и пути поступления изотопов, а также источники облучения в окружающей среде. В этом смысле необходимо изучать поверхностное загрязнение почв, поскольку основным источником вне зоны радиационных происшествий являются продукты питания.
Территория РМЭ в радиоэкологическом плане оказалась практически не исследована. Поэтому в рамках решения этой проблемы ведется работа в лаборатории спектрометрии при физико-математическом факультете ГОУВПО «Марийский государственный университет». За период с 2001 года по настоящее время был исследован ряд участков, расположенных в различных районах республики:
1. Место слияния рек Волги и Ветлуги (Юрин-ский район).
2. Моркинский, Звениговский и Волжский районы.
3. Мари-Турекский район.
4. Побережье Волги в Килемарском районе.
Участки различаются как по геоморфологическому строению местности, так и по физико-химическим свойствам преобладающих почв, климатическим и другим факторам.
В этих районах, в соответствии с методиками про-боотбора, было взято более 200 проб почв с интервалами около 2 км и заложено несколько вертикальных разрезов на характерных элементах рельефа (рис.1).
Поскольку среди техногенных радионуклидов в случае глобальных выпадений важнейшими являются биологически значимые стронций-90 (Sr-90) и цезий-137 (Cs-137), то изучалось содержание именно этих радионуклидов. После соответствующей пробоподго-товки, включающей в себя сушку, отжиг и концентрирование, содержание Sr-90 определялось по Р-излучению по дочернему продукту Y-90 с пробо-подготовкой радиохимическим способом, а содержание Cs-137 - у-спектрометрически. В работе использовался компьютеризированный у-, ^-спектрометрический комплекс (сцинтилляционный детектор Nal активированный T 1) с программным обеспечением «Прогресс-2000» (Методика измерения активности бета-излучающих радионуклидов..., - М.: ГП «ВНИИФТРИ», 1996. - 37 с.; Методика измерения активности радионуклидов на сцинтилляционном гамма-спектрометре ... - М.: ГП «ВНИИФТРИ», 1996. -33 с.). Для предварительной у-съемки местности использовались широкодиапазонный профессиональный дозиметр ДРГ-01Т1 и геологоразведочный дозиметрический прибор СРП-68-01. Все оборудование внесено в Госреестр и проходит ежегодную проверку.
Для определения местоположения отбираемой пробы использовался GPS-навигатор GARMIN.
Проведенные исследования подтвердили предположение, что основная доля техногенных изотопов имеет чернобыльское происхождение и выпала именно на берегах рек Волги и Ветлуги, захватив территории Звениговского, Моркинского, Волжского, Килемар-ского и Юринского районов. Нами использовались карты загрязнения территории России, полученные путем аэросъемки.
Почвы Мари-Турекского района представлены в основном глинистыми и песчаными типами. Удельная активность Cs-137 здесь не превышает 70 Бк/кг (0,1 Ки/км2), содержание же Sr-90 меньше примерно в 4-5 раз. Таким образом, содержание искусственных радионуклидов здесь практически соответствует уровню глобальных выпадений, который, как известно, составляет от 0,04 до 0,06 Ки/км2.
Рис. 1. Карта отбора проб
в Килемарском районе Республики Марий Эл
Рис. 3. Поверхностное загрязнение территории
Килемарского района Республики Марий Эл техногенными радионуклидами
2-0 Яе(егепсе Оа1а
2-0 !?е/егепсе Оа1а
.0 ООО .5 500
.2.500 .2 ООО
Рис. 4. Результат интерполирования поверхностного загрязнения территории Килемарского района Республики Марий Эл техногенными радионуклидами методом обычного кригинга: а) удельная активность (в процентах от максимума), б) погрешность интерполяции (в процентах от максимума)
б
а
Рис. 5. Результат интерполирования поверхностного загрязнения территории Килемарского района Республики Марий Эл техногенными радионуклидами методом простого кригинга: а) удельная активность (в процентах от максимума), б) погрешность интерполяции (в процентах от максимума)
120
Естественные науки
На территории Моркинского, Волжского и Звени-говского районов доминируют песчаные почвы с незначительной органической составляющей. Удельная активность Сб-137 здесь 10 Бк/кг и менее, активность 8г-90 не превышает уровня погрешности аппаратуры. Лишь редкие участки, где активность по цезию достигает 200 Бк/кг, доказывают, что выпадение радиоактивных веществ здесь все же произошло, но песчаные почвы способствовали быстрому естественному очищению поверхности путем вымывания.
Существенная часть Килемарского и Юринского районов заболочена. Как известно, преобладающие в этом случае почвы и режим увлажнения определяют высокий коэффициент сорбции радионуклидов. Это означает, что основным способом понижения удельной активности является естественный распад радионуклидов, так как периоды полураспада изучаемых радионуклидов составляют приблизительно 30 лет, то со времени чернобыльской аварии их активность могла уменьшиться чуть более чем в 2 раза. На настоящий момент она составляет до 450 Бк/кг по цезию, что соответствует 1,5 Ки/км2, и до 90 Бк/кг по стронцию. Можно сказать, что плотность загрязнения поверхности почвы Сб-137 здесь существенно превышает глобальный уровень. На указанной территории нами была определено, что корреляция между содержанием Сб-137 и 8г-90 существует, и отношение активностей этих нуклидов в среднем равно 7 (рис. 2).
60
о с^ 50
от 40
£
о о 30
к
й К 20
^ < 10
0
О 50 100 150 200 250 300 350 400 Активность Сз-137
Рис. 2. Зависимость активности 8г-90 от активности сй-137
Это еще раз косвенно подтверждает чернобыльское происхождение выпадений, поскольку с учетом различий в вертикальной миграции изотопов, и соответствует характерному для этой аварии соотношению.
Необходимым шагом радиоэкологических исследований является картирование поверхностного загрязнения. Нами был проведен анализ вариантов этой процедуры и в качестве оптимального был выбран следующий путь.
1. Первоначально производится построение оценочной карты загрязнения детерминистическими методами, включая ячейки Тиссена, полигоны Вороного, триангуляцию Делоне и стандартное линейное интерполирование.
2. Поскольку идеальный способ отбора проб в вершинах одинаковых квадратов в реальных условиях невозможен, сеть мониторинга представляет собой набор разновеликих ячеек. Таким образом, необходимо произвести анализ и оптимизацию этой сети.
3. Для построения собственно карт поверхностного загрязнения нами были выбраны геостатистические методы, которые позволяют существенно расширить возможности анализа радиоэкологической обстановки по сравнению с детерминистическими методами, в силу того, что могут дать не только оценочную поверхность, но целый набор равновероятных поверхностей совместно с набором поверхностей погрешности оценки. Кроме того, такие методы позволяют проводить минимизацию дисперсии и совместный анализ по нескольким величинам, что в нашем случае сильной корреляции двух изотопов Сб-137 и 8г-90 приобретает дополнительное значение.
На первом шаге нами использовались программные средства, разработанные в лаборатории, а также геоинформационная система МарШЪ от корпорации МарШЪ, которая, хотя и не является профессиональной, однако позволяет просто и очень наглядно выполнить построение (рис. 3).
На втором и третьем шагах мы использовали модели семейства кригингов с помощью программного пакета в8Ь1Ъ, разработанного в Стэнфордском университете (рис. 4, 5). Этот пакет представляет собой мощный набор программных средств, позволяющий решить любую из поставленных задач. Единственным его недостатком является некоторая недружелюбность пользовательского интерфейса.
Если картирование дает представление о текущей ситуации, то анализ миграции радионуклидов позволяет прогнозировать ее состояние. Вертикальное перемещение изотопов было нами изучено на нескольких вертикальных. Анализ показал, что основной запас Сб-137 (до 90 %) сосредоточен в слое 0-5 см и его профиль имеет экспоненциальный вид, в то время как 8г-90 проник довольно глубоко (более 20 см), с неравномерным распределением по слоям. Это соответствует литературным данным. Кроме того, вид распределения изотопов по глубине указывает на следующее:
1. Радионуклиды выпали практически единовременно и в настоящий момент заметной добавки из атмосферы не происходит.
2. Существенную роль в миграции играет травянистая растительность.
Анализ миграции Сб-137 был произведен при помощи модифицированной модели конвективно-диффузионного переноса в почвенном профиле с учетом ионообменной формы, растворимой компоненты,
не сорбируемой почвой, сорбируемой формы. В результате были определены:
1. Эффективный коэффициент диффузии растворимых форм.
2. Эффективная скорость конвективного переноса с почвенной влагой.
3. Интенсивность сорбции растворимых форм почвой.
Таким образом, применительно к полученным результатам можно сказать, что плотность загрязнения почвы техногенными радионуклидами превышает фоновые значения на существенной части территории исследованных районов. Эти обстоятельства позволяют нам говорить о необходимости более тщательного анализа данных территорий с более подробной сетью мониторинга.
ЛИТЕРАТУРА
1. Вартанов В.А., Самойлов П.С. Прикладная сцинтилляци-онная гамма-спектрометрия. 2-е изд., доп. - М.: Атомиздат, 1975. -408 с.
2. Коган Р.М., Назаров И.М., Фридман Ш.Д. Основы гамма-спекторометрии природных сред. 2-е. изд. - М.: Атомиздат, 1976. -С. 368.
3. Матерон Ж. Основы прикладной геостатистики. - М.: Мир, 1968. - 407 с.
4. Медведев М.Н. Сцинтилляционные детекторы. - М.: Атом-издат, 1977. - 136 с.
5. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99). Санитарные правила СП 2.6.1.758-99. - М.: Центр санитарно-эпидемиологического нормирования, гигиенической сертификации и экспертизы Минздрава России. 1999. - 116 с.
6. Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности (Оспорб-99): 2.6.1. Ионизирующие излучение, радиационная безопасность СП 2.6.1. 799-99 - М.: Минздрав России, 2000. - 98 с. (Гос. сан. эпид. нормирование Рос. Фед. Гос. сан. эпид. правила и нормативы).
7. Савельева Е.А. Аналитический обзор методов анализа и оптимизации сети мониторинга. Препринт № IBRAE-2000-03. - М.: Ин-т проблем безопасного развития атомной энергетики РАН, 2000. - 39 с.
8. MapInfo Professional: Справ. - MapInfo Corp., 1998.
9. C.V.Deutsch, A.G. Journel. GSLIB: Geostatistical Software Library and User's Guide. Second edition. Oxford University-Press. -N. Y.; Oxford, 1998. - 369 p.
