CC BY
58
УДК 550.4
А.В. Салтыков, н.с., ИВЭП СО РАН, г. Барнаул, т.(385-2) 666-516;
И.В. Горбачёв, н. с., ИВЭП СО РАН, г. Барнаул, Т: (385-2) 666-516
РАДИОНУКЛИДНЫЙ СОСТАВ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ РЕКИ ОБЬ (ЛЕСНАЯ И ЛЕСОСТЕПНАЯ ЗОНЫ)
Изучено содержание 238и, 232Т^ 40К и 137Cs в донных отложениях реки Обь и устьях основных её притоков (Томь, Васюган, Кеть, Чулым, Иртыш и др.). Песчаные отложения характеризуются постоянством радионуклидного состава на всём протяжении речной сети. В супесчаных и суглинистых отложениях наблюдается повышение всех исследуемых радионуклидов.
Ключевые слова: донные отложения, река Обь, естественные и искусственные радионуклиды.
Бассейн реки Обь имеет наибольшую площадь среди остальных рек России, и весьма сложен в орографическом отношении. Его западная часть захватывает восточный склон Урала, южная - Казахский мелкосопочник, юго-восточная - Алтай. Остальная его часть представляет собой плоскую, в центральной части сильно заболоченную равнину. Верхняя часть бассейна относится к степной и лесостепной зонах, большая его часть находится в пределах лесной зоны, а самый север - к зоне тундры и лесотундры [1].
В лесостепной зоне, ниже Новосибирского водохранилища, р. Обь представляет собой ряд рукавов, появляется большое количество островов, пойма расширяется до 5 км и более. Русло реки неустойчиво, исключая отдельные участки, где на поверхность выходят коренные породы. Обь ниже устья р. Чулым становится большой полноводной рекой: ширина русла увеличивается от 1 до 3 км. Широкая пойма, изобилующая староречьями, заливается во время весенне-летнего паводка. Ниже впадения р. Иртыш долина Оби расширяется, и пойма достигает 20-30 км. Ширина русла колеблется от 1,5 до 4,0 км [1].
Во второй половине XX века речные системы Оби и Енисея подвергались техногенному радиоактивному загрязнению за счет надземных испытаний атомного оружия, аварийных и технологических сбросов радиоактивных отходов от атомных предприятий по производству плутония. В настоящее время одной из наиболее важных проблем Обь-Иртышского бассейна является анализ возможных последствий попадания радионуклидов в гидросферу с водосборных площадей и из водоемов-отстойников, которые используются для хранения жидких слабоактивных радиоактивных отходов [2; 3].
При анализе эколого-геохимической обстановки донные отложения являются наиболее информативным компонентом ландшафта даже по сравнению с затопляемыми аллювиальными почвами, т.к. именно в них в большей степени происходит аккумуляция загрязнителей, поступающих с водосборного бассейна в течение длительного промежутка времени. Особенно это прослеживается в среднем и нижнем течении р. Обь, бассейн которой представляет собой практически единую ландшафтно-геохимическую систему, все звенья которой связаны потоками вещества [4-6]. Это обусловлено тем, что, во-первых, общий объем донных осадков превосходит объем затопляемых аллювиальных почв береговой зоны и островов, а во-вторых, что донные осадки находятся в постоянном контакте с водами, переносящими радионуклиды, в т.ч. и сорбированные на взвесях, из которых они в основном и формируются. В аллювиальных почвах островов и береговых зон радионуклиды накапливаются только в периоды паводков из воды и вторичного привноса в составе материала донных осадков. Их сорбция на переносимых рекой взвесях и ранее отложившихся частицах в верхних слоях осадков является доминирующим фактором миграции и накопления радиоизотопов в донных отложениях. Особое значение для накопления радионуклидов в донных отложениях имеет форма поступления их в реку. Заметная их доля присутствует в виде тонкодисперсных активных частиц разной природы. Донные осадки легче и в больших масштабах, чем обычно задернованные аллювиальные почвы островов и береговой зоны, вовлекаются в многократное переот-ложение. Наиболее подвержены этому верхние нелитифициро-ванные их горизонты, а в высокие паводки мигрирует значительная их доля [6].
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Среди естественных радионуклидов наибольшее геохимическое значение имеют 238и, 232ТИ, 40К [7-8], т.к. они являются основными радиоактивными элементами, формирующими естественное у -излучение территории [9-12] и родоначальными радиоактивными изотопами [13], а среди искусственных радионуклидов - 137Cs, который в окружающую среду поступает при испытании ядерных устройств, в результате выбросов радиоактивных отходов предприятиями атомной промышленности и ядерной энергетики [14].
Отбор проб донных отложений проводили в наиболее представительных участках речной сети дночерпателем Петерсона на глубину до 10 см от поверхности их залегания (табл. 1).
Таблица 1
Места отбора проб донных отложений реки Обь и главных её притоков
№ створа Месторасположени е
1 Река Обь. В 95 км ниже Новосибирского водохранилища и на 1 км выше с. Дубровино
2 Река Обь. В 240 км от ниже Новосибирского водохранилища и на 1 км выше с. Оськино
3 Устье реки Томь. В 1 км ниже с. Козюлино
4 Река Обь. В 300 км ниже Новосибирского водохранилища, около с. Салтанаково
5 Река Обь. На 410 км ниже Новосибирского водохранилища и в 2 км выше с. Фёдоровка
6 Устье реки Чулым. Напротив села Игреково
7 Река Обь. Около 420 км ниже Новосибирского водохранилища и на 10 км выше с. Могочин
8 Устье реки Парабель
9 Устье реки Кеть
10 Река Обь. Около 700 км ниже Новосибирского водохранилища и в 32 км ниже от устья реки Кеть
11 Устье реки Васюган
12 Река Обь. Около 730 км ниже Новосибирского водохранилища и в 5 км ниже от устья реки Васюган
13 Устье реки Тым
15 Устье реки Вах
16 Река Обь. Около 1050 км ниже Новосибирского водохранилища и в 5 км ниже г. Нижневартовск
17 Река Обь. Около 1300 км ниже Новосибирского водохранилища и в 25 км ниже г. Сургут
18 Устье реки Иртыш. В 10 км ниже г. Ханты-Мансийск
21 Река Обь. Около 1750 км ниже Новосибирского водохранилища и на 5 км выше с. Новый Карым-Кары
Далее пробы донных отложений высушивали до воздушносухого состояния и отправляли в АЦКП ИГМ СО РАН, где для определения исследуемых радионуклидов применялся гамма-спектрометрический метод анализа. Дополнительно, в лаборатории биогеохимии ИВЭП СО РАН, в пробах определяли содержание гумусовых и глинистых веществ, актуальную кислотность и ёмкость поглощения.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Геохимическая роль донных отложений неоднозначна: они могут как сорбировать радионуклиды (и тем способствовать самоочищению воды), так и десорбировать (загрязнять воду).
Накопление радионуклидов в донных отложениях водоемов происходит в результате:
- гидролиза, обмена и других реакций между соединениями, содержащими радионуклиды, с образованием малорастворимых соединений, осаждающихся в конечном итоге на дно водоема;
- сорбции на взведенных в воде частицах с последующим осаждением на дно водоема; сорбции непосредственно на материале донных отложений (особо важный механизм для мелководных водоемов);
- поглощение, переработка и перенос на дно с гидробионта-ми (особо важный механизм для пресноводных мелководных водоемов);
- вынос из рек с обломочным материалом с последующим осаждением на дно или в растворимой форме с последующим действием вышеперечисленных процессов.
Сорбционная способность донных отложений по отношению к радионуклидам напрямую связана с рядом их свойств, к кото-
рым относятся содержание гумусовых и глинистых веществ, актуальная кислотность и ёмкость поглощения, которая, в свою очередь, зависит от всех предыдущих свойств.
Основная площадь дна реки Обь сложена песчаными средне- и мелкозернистыми отложениями, для которых характерно незначительное содержание гумусовых веществ (за редким исключением, связанным в большей степени с антропогенным воздействием) и нейтральная реакция среды (табл. 2). Ближе к берегу песчаные отложения могут перекрываться иловато-песчаной супесью, которая имеет немного большую гумусированность и слабощелочную реакцию среды. Радионуклидный состав песчаных отложений характеризуется пониженным содержанием всех исследуемых радионуклидов по отношению к мировому фону (табл. 3). Что касается супесчаных отложений, то в отличие от первых, они содержат больше урана-238 и калия-40.
Таблица 2
Основные свойства и состав донных отложений реки Обь
№ створа Содержание веществ, % Актуальная кислотность, pH Емкость поглощения, мг-экв/100 г
гумусовых глинистых
ЛБ ЦЧ ПБ ЛБ ЦЧ ПБ ЛБ ЦЧ ПБ ЛБ ЦЧ ПБ
1 0,0 2,4 0,1 5,6 5,3 8,1 6,8 - 7,1 4,8 46,5 4,8
2 1,4 0,1 0,6 7,5 6,1 13,7 — 7,3 7,7 12,8 12,8 6,9
4 0,6 0,0 0,1 10,9 5,8 5,2 7,7 7,0 6,6 0,8 3,2 4,8
5 0,1 0,2 0,5 6,1 5,4 11,7 7,6 7,1 8,0 9,6 4,0 3,2
7 0,3 0,3 0,2 11,7 4,7 6,4 7,9 6,9 7,0 9,6 54,4 0,8
10 1,3 0,2 0,7 35,8 7,0 14,7 6,2 7,8 7,2 20,8 3,2 8,0
12 0,4 1,3 0,1 9,0 8,1 6,7 7,1 - 6,5 8,8 36,8 8,0
16 1,3 0,1 0,1 24,4 6,8 5,1 7,2 7,1 - 7,2 0,8 8,0
17 0,9 0,7 0,0 15,8 6,2 5,2 6,6 - 7,3 12,0 36,8 4,0
21 0,1 0,7 0,7 8,3 7,8 6,4 7,0 - - 11,2 24,0 24,0
Примечание: ЛБ - левый берег, ЦЧ - центральная часть и П
Ниже устья р. Кеть в прибрежной части р. Обь песчаные отложения перекрываются лёгкими суглинками, а в 32 км ниже от устья р. Кеть в левобережной части русла лёгкий суглинок переходит в средний. Эти отложения отличаются повышенным
Радионуклидный состав (Бк/к
- правый берег.
содержанием гумусовых веществ и слабокислой реакцией среды. В результате содержание всех исследуемых естественных радионуклидов в этих отложениях увеличивается в 2-3 раза по сравнению с песчаными.
Таблица 3
донных отложений реки Обь
№ створа ^и 232ГЪ ^к 13,Ої
ЛБ ЦЧ ПБ ЛБ ЦЧ ПБ ЛБ ЦЧ ПБ ЛБ ЦЧ ПБ
1 8,3 - 5,3 5,5 - 4,8 380 - 395 н.о. - н.о.
2 - 12,6 34,1 - 6,9 1,7 - 399 437 - и.о. н.о.
4 - 10,6 29,2 - 6,9 16,0 - 433 432 - и.о. н.о.
5 15,7 7,6 - - 5,5 6,2 - 374 384 - н.о. н.о.
7 24,0 7,2 3,7 17,2 4,5 3,5 451 300 220 н.о. н.о. н.о.
10 26,2 9,2 16,6 28,4 7,1 17,3 484 290 470 н.о. н.о. н.о.
12 16,6 7,8 6,2 17,7 3,6 4,9 614 161 293 н.о. н.о. н.о.
16 17,7 7,5 9,4 21,3 8,6 4,5 487 269 230 н.о. н.о. н.о.
17 23,9 - 6,7 23,5 - 4,7 471 - 186 н.о. - н.о.
№ 21 13,2 - - 12,5 - - 432 - - н.о. - -
Примечание: ЛБ - левый берег, ЦЧ - центральная часть и ПБ - правый берег; "н.о." - не обнаружено, "-" - нет данных.
Устья основных притоков р. Обь сложены в основном песчаными среднезернистыми отложениями (кроме р. Васюган - супесчаные). По основным свойствам и составу они очень схожи с аналогичными отложениями р. Обь. Исключением является устье р. Парабель, где содержание гумусовых веществ достигает
5,9 %. Даже такие реки как Васюган, Тым и Вах, водосборные бассейны которых представляют собой болотистую местность, не привносят достаточного количества органического материала, чтобы повлиять на гумусированность не только донных отложений р. Обь, но и самих устьев этих притоков (табл. 4).
Таблица 4
Основные свойства и состав донных отложений устьев главных притоков реки Обь
№ створа Содержание веществ, % Актуальная кислотность, pH Емкость поглощения, мг-экв. /100 г
гумусовых глинистых
ЛБ ЦЧ ПБ ЛБ ЦЧ ПБ ЛБ ЦЧ ПБ ЛБ ЦЧ ПБ
3 - 0,4 - - 6,6 - - 6,7 - - 14,4 -
6 - 0,1 - - 6,2 - - 8,0 - - 0,8 -
8 - 5,9 - - 9,3 - - 7,5 - - 20,8 -
9 - 0,5 - - 14,9 - - 7,2 - - 4,8 -
11 - 0,9 - - 11,4 - - 7,8 - - 9,6 -
13 - 1,4 - - 12,1 - - 7,5 - - 30,4 -
15 - 0,3 - - 6,4 - - 7,6 - - 1,6 -
18 0,2 0,7 0,3 6,2 - 10,6 7,1 - 6,8 0,8 60,8 7,2
Примечание: ЛБ - левый берег, ЦЧ - центральная часть и ПБ - правый берег.
Радионуклидный состав песчаных отложений в Оби и устьях ее основных притоков аналогичны. Наибольшее содержание урана-238, тория-232 и калия-40 характерно для донных отложений
устьев р. Кеть и р. Васюган, а урана-238 - р. Парабель (табл. 5). Искусственный радионуклид цезий-137 в донных отложениях р. Оби и устьев её основных притоков не обнаружен.
Таблица 5
Радионуклидный состав (Бк/кг) донных отложений устьев главных притоков р. Обь
№ створа 3 о< и 23 2№ Сз
ЛБ ЦЧ ПБ ЛБ ЦЧ ПБ ЛБ ЦЧ ПБ ЛБ ЦЧ ПБ
3 - 9,3 - - 8,0 - - 266 - - н.о. -
6 - 10,5 - - 3,5 - - 245 - - н.о. -
8 - 16,3 - - 5,8 - - 378 - - н.о. -
9 - 13,0 - - 14,0 - - 382 - - н.о. -
11 - 14,3 - - 14,5 - - 366 - - н.о. -
13 - 9,2 - - 8,7 - - 359 - - н.о. -
15 - 8,0 - - 7,4 - - 320 - - н.о. -
18 10,7 9,2 13,8 4,2 6,7 12,0 137 387 417 н.о. н.о. н.о.
Примечание: ЛБ - левый берег, ЦЧ - центральная часть и ПБ - правый берег.
ВЫВОДЫ
1. Основная площадь дна р. Обь и устьев основных её притоков сложена песчаными отложениям, которые иногда перекрываются супесчаными и реже суглинистыми отложениями.
2. Песчаные отложения характеризуются постоянством радионуклидного состава на всём протяжении речной сети. В су-
Библиографический список
песчаных отложениях, и особенно в суглинистых, наблюдается повышение всех исследуемых радионуклидов (урана-238 - на 35 %, тория-232 - на 25 % и калия-40 - на 60 %).
3. На всём протяжении р. Обь и в устьях основных её притоков донные отложения отличаются отсутствием цезия-137 в методически обнаруживаемых количествах.
1. Львович, М.И. Реки СССР. - М.: Мысль, 1971.
2. Сухоруков, Ф.В. Техногенные радионуклиды в окружающей среде Западной Сибири (источники и уровни загрязнения) / И.Н. Маликова, В.М. Гавшин и др. // Сибирский экологический журнал. - 2000. - Т. VII. - № 1.
3. Леонова, Г.А. Техногенные радионуклиды в экосистеме Нижней Томи / А.В. Торопов, В.А. Бобров, Ю.И. Маликов // Исследовано в России. - 2005. - Т. 8.
4. Антипов, А.Н. Природа таежного Прииртышья / Е.Г. Нечаева, Н.П. Дружинина и др. - Новосибирск: Наука, 1987.
5. Глазовская, М.А. Геохимия природных и техногенных ландшафтов СССР. - М.: Высш. шк., 1988.
6. Сухоруков, Ф.В. Закономерности распределения и миграции радионуклидов в долине реки Енисей / А.Г Дегерменжи, В.М. Белолипецкий и др. - Новосибирск: СО РАН, 2004.
7. Перельман, А.И. Геохимия ландшафта / Н.С. Касимов. - М.: Астрея, 2000.
8. Радиобиология. - М.: Колос, 1 999.
9. Кац, В.Е. Природная радиоактивность компонентов геологической среды Республики Алтай // Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека. - Томск: Тандем-Арт, 2004.
10. Ковда, В.А. Почвоведение. Почва и почвообразование / В.А. Ковда, Б.Г. Розанов. - М., 1988.
11. Волков, Г.Д. Радиобиология / ГД. Волков, В.А. Липин, Д.П. Черкасов. - М.: Колос, 1964.
12. Енохович, А.С. Справочник по физике.- М.: Просвещение, 1978.
13. Адмакин, Л.А. Естественные радионуклиды уранового и ториевого рядов в углях и продуктах переработки // Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека. - 2004.
14. Отчет по теме: "Изучение водохозяйственного, гидрохимического и экологического состояния рек бассейна Верхней Оби". - Новоси-бирск-Барнаул-Томск, ИВЭП СО РАН, ИПА, 1990. - Раздел 3.
Статья поступила в редакцию 14.07.10
