CC BY
55
ИЗВЕСТИЯ
ПЕНЗЕНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ПЕДАГОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА имени В. Г. БЕЛИНСКОГО ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ № 29 2012
IZVESTIA
PENZENSKOGO GOSUDARSTVENNOGO PEDAGOGICHESKOGO UNIVERSITETA imeni V. G. BELINSKOGO NATURAL SCIENCES № 29 2012
УДК 634.948: 661.879
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ 40К, 137CS, 226RA, 232TH И 241AM В ЛАНДШАФТАХ С РАЗЛИЧНОЙ СТЕПЕНЬЮ КРУТИЗНЫ СКЛОНОВ, НАБЛЮДАЕМОЕ ПОСЛЕ ЛЕСНЫХ ПОЖАРОВ
© Д. В. ЯЗЫКЕЕВ
Пензенский государственный педагогический университет им. В. Г. Белинского,
кафедра зоологии и экологии e-mail: [email protected]
Языкеев Д. В. - Распределение 40К, 137Cs, 226Ra, 232Th и 241Am в склоновых ландшафтах различной степени крутизны наблюдаемое после лесных пожаров // Известия ПГПУ им. В.Г. Белинского. 2012. № 29. С. 408-412.
- Работа посвящена анализу особенностей миграции радионуклидов после лесных пожаров. Цель исследований состояла в изучении распределения активности естественных и искусственных радионуклидов в зависимости от характера рельефа, с учетом геометрии склонов и других особенностей рельефа. Установлено, что, как и в случае крупномасштабного рельефа местности, элементом которого является склон, так и на территориях сравнительно небольшого уклона, активность радионуклидов, как правило, возрастает по мере приближения к нижней точке рельефа. Выявлено, что в результате лесных и луговых пожаров происходит изменение в соотношениях активности различных изотопов.
Ключевые слова: лесные пожары, миграция, радионуклиды.
Jazykeev D. V. - Distribution of 40K, 137Cs, 226Ra, 232Th and 241Am in sloping landscapes of varying steepness observed after forest fires // Izv. Penz. gos. pedagog. univ. im.i V.G. Belinskogo. 2012. № 29. P. 408-412. - Work is devoted the analysis of features of migration of radio nuclides after forest fires. The purpose of researches consisted in studying of distribution of activity of natural and artificial radio nuclides depending on character of a relief, taking into account geometry of slopes and other features of a relief. It is established that activity, as a rule, increases at bottom of slopes. As in case of the large-scale lay of land which element is the slope, and in territories of rather small bias. It is revealed that as a result of wood and meadow fires there is a change in parities of various isotopes.
Keywords: forest fires, migration, radio nuclides.
На территории Пензенской области наряду с примесью естественных радионуклидов (40К, 226Иа, 232ТЬ) наблюдается загрязнение радионуклидами техногенного происхождения (137Cs, 241Лш) [1,2].
В Пензенской области 2010 год, как и во многих регионах нашей страны, характеризовался аномально жаркой погодой и многочисленными лесными пожарами. Для оценки миграции радионуклидов (40К, 226Яа, 232ТЪ, 137Cs и 24Лт) были проведены измерения активности почв в лесных массивах Никольского района Пензенской области, особенно пострадавших от пожаров 2010 года.
Пожары способствуют интенсивному вовлечению радионуклидов в приземный слой атмосферы, что приводит к переносу радиоактивных аэрозолей, сажи и копоти на большие расстояния. По экспериментальным данным, полученным в зоне отчуждения, при моделировании лесных пожаров установлено, что радионуклиды могут подниматься на высоту нескольких километров,
а концентрация радионуклидов увеличивается на 2-3 порядка. При этом на расстоянии 10 километров удельная активность воздуха увеличивается в 8-9 раз [5,6].
С пылью, гарью и сажей в окружающую среду может поступать до 50 % радиоцезия, который содержится в растительном материале, опавшей хвое, и подстилке.
Основной размер частичек, которые содержат радиоактивные вещества, составляет всего пол микрона (0,5, 0,4 мк), что «облегчает» их миграционную подвижность [8,9].
На загрязненных радионуклидами участках пожаров наблюдается увеличение миграции радионуклидов в почвенном профиле. Это происходит из-за: изменения физических и химических форм радионуклидов находящихся в лесной подстилке и минеральной части почвы; ликвидации природного барьера на пути миграции радионуклидов в почвенном профиле
- лесной подстилки [5,6].
экология ►►►►>
Именно в лесной подстилке происходит накопление и удержание радионуклидов в экосистеме леса - при верховых пожарах почти вся толща лесной подстилки выгорает, и радиоактивные вещества относительно легко и быстро могут проникать в нижние, водонасыщенные, почвенные горизонты (может возникнуть проблема загрязнения подземных вод) [6].
Как отмечено выше, основная опасность пожаров - выгорание основного аккумулятора радиоактивности - лесной подстилки. Как влияют разные типы лесных пожаров на лесную подстилку содержащую радионуклиды? При низовом пожаре страдает листовой слой подстилки и частично ферментативный. При верховом пожаре происходи полное выгорание лесной подстилки и частично страдает от термического воздействия верхний, минеральный слой почвы. Вследствие этого в минеральную часть почвы попадает до 80 % радионуклидов, которые остались после пожара в этой экосистеме.[7]
Наблюдения показали, что только при верховом типе пожара наблюдается увеличение миграционной способности радионуклидов (в частности - радиостронция) [6].
Негативное воздействие верховых пожаров заключается в полном разрушении лесного биоценоза. Остатки лесной подстилки быстро разлагается, что приводит к образованию неустойчивого почвенного горизонта, который состоит из остатков сгоревших растений, мертвых остатков деревьев. Восстановление растительного покрова происходит существенно медленней, чем на участках, которые пострадали в результате низовых и переходных пожаров.
В соответствии со сказанным нашей задачей является:
- изучение естественной миграции радионуклидов, связанной с рельефом местности различной крутизны,
- исследование влияния лесных пожаров на естественную миграцию радионуклидов.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В местах отбора проб почвы замерялась мощность дозы гамма-излучения, которая изменялась от 10 до 20 мкР/ч. Для обследования выбирался участок размером приблизительно 100 на 100 метров на природных ландшафтах.
Для сравнения миграции радионуклидов 40К, 137Cs, 226Яа, 232ТН и 241Лт пробы отбирались на затронутом пожаром участке и идентичном по профилю ему незатронутом пожаром.
Первый участок отбора проб почвы находился на границе сел Ночка и Междуречье (рис. 1 А). На территории с. Ночки до лесных пожаров произрастали зрелые сосны и березы первого бонитета, а также кустарник. На территории Междуречья произрастали лиственные породы деревьев: (дуб, осина, клен, береза) и орешник. Между этими лесными массивами располагалась разнотравная луговина с преобладанием многолетних трав. Общая площадь выгоревшего участка составляла примерно 100 га. Почва на этом
участке характеризовалась как светло-серая лесная супесчаная. Второй участок отбора проб почвы располагался на окраине с. Вичкилей (рис. 1 Б). Данный участок представлял собой плато с резким склоном и крутым оврагом в его нижней части. Площадь выгоревшего участка составила около 300 га леса. Начиная с плато, и вниз по склону произрастали хвойная и лиственная растительность (зрелые сосны, дубы, березы, липа). Высота склона от границы с оврагом составляла около 20 метров. Почва на данном участке характеризовалась как светло-серая лесная супесчаная.
Отбор и подготовка проб к анализу осуществляли по «Методическим рекомендациям...», утвержденных приказом МПР России от 17.04.2007 №101[3,10]. Образцы отбирали с помощью специализированного бура с углублением до 10 см на пробных площадках из нескольких слоев методом конверта. Путем смешивания точечных проб, отобранных на пробных площадках, получали одну обобщенную пробу массой не менее 1 кг. Каждой пробе с площадок присваивали номер.
Затем пробы отправлялись в лабораторию для дальнейшего анализа. Перед определением активности радионуклидов, пробу почвы рассыпают на бумагу и сушат на открытом воздухе. Затем пробу почвы измельчают пестиком, одновременно выбирая посторонние предметы и примеси (корни растений, насекомых, камни, стекло, уголь, кости животных и др.). Для полного высушивания до воздушно-сухого состояния пробу помещают в сушильный шкаф, и после полного высушивания её взвешивают с точностью до 1 грамма.
Уровень активности изучаемых радионуклидов в образцах почвы определяют с помощью гамма-спектроскопического комплекса СКС-50М.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
В таблицах 1 и 2 представлены значения активности изученных радионуклидов в пробах, полученных на исследованных участках.
Профили последних приведены на рис. 1. Зависимость миграции радионуклидов по профилю рельефа представлена на рис. 2.
Анализ радиационной обстановки на участках «Ночка - Междуречье» и «Вичкилей» пострадавших от лесных пожаров, показывает, что имеет место процесс естественной миграции всех пяти изучаемых радионуклидов. Произраставшие до лесного пожара хвойные и лиственные деревья, являются хорошими накопителями радионуклидов, которые задерживаются в хвое, ветвях, листьях, коре деревьев и лесной подстилке. Корневая система способствует «закачиванию» радионуклидов вглубь почвенного профиля (за счет выделительной функции). В миграции радионуклидов с крон под полог леса важную роль играет процесс опадания листьев, хвои, ветвей и других загрязненных частей деревьев. Из графиков, изображенных на рис. 2А и 2Б видно, что образовавшаяся в процессе лесного пожара зола и пыль от сгоревших деревьев и подстилки (в которой находится до 80% радионуклидов) была радиоактивна.
Таблица 1
Активность 40К, 137С8 , 226Ка, 232ТЬ и 241Ат в пробах почвы на участках «Ночка - Междуречье» и «Вичкилей»
затронутых пожаром
Проба, Активность радионуклида, Бк/кг
№ 40К 137С8 226Иа 232ТЬ 241Лш
«Ночка - Междуречье»
1 22±1.5 25±1.8 38±2.4 26.5±3.5 30±1.1
2 26.28±2.4 34.43±1.9 36.34±2.8 38.21±2.2 33.42±1.3
3 34.5±2.5 43±3.2 44.4±2.7 36.34±2.5 43.5±3.4
4 45±4.2 56.27±5.2 53.33±4.8 64.46±5.5 58.5±3.2
5 57±4.3 85.44±6.7 57.24±4.5 70.5±5.6 78.5±2.5
«Вичкилей»
1 61±5.8 30.5±2.9 15.5+1.1 27±3.2 11±2
2 59±2.8 21.5±3.5 12±2.8 20.5±2.1 11.33±0.8
3 64±5.6 23±2.8 15±1.4 24±2.8 15.37±1.1
4 73±7.1 40±2.8 20±1.8 29.45±3.2 20.43±1.5
5 85±9.1 59±4.9 34±2.3 36.27±1.4 25.045±1.6
Таблица 2
Активность 40К, 137С8 , 226Яа, 232ТЬ и 241Ат в пробах почвы на участках «Ночка - Междуречье» и «Вичкилей»
незатронутых пожаром
Проба, Активность радионуклида, Бк/кг
№ 40К 137С8 226Иа 232ТЬ 241Лш
«Ночка - Междуречье»
1 13±1.1 14.54±1.5 16.32±1.9 11.5±0.6 19.73±2
2 15.28±1.5 21.17±2.4 21.076±2.1 19.12±1.3 23.49±3.2
3 22.5±2.8 25.81±2.6 27.4±1.7 17.64±1.4 31.25±3.5
4 34.56±3.6 31.73±2.8 29.37±3.1 28.35±2.8 42.64±3.3
5 42.75±4.2 35.94±3.2 25.4±2.1 30.54±2.4 48.53±42
«Вичкилей»
1 24.47±2.2 13.5±1.2 9.5±1.1 12.37±0.9 7.21±1.3
2 30.83±3.5 15.73±1.7 8±1.4 11.15±16 8±2.4
3 38±2.1 17±2.6 9.83±1.5 13.62±2.2 10.35±1.2
4 42.236±3.7 22.4±1.8 12±2.4 15.43±1.5 14.23±0.9
5 47.83±2.8 29±2 14.44±1.6 16.81±2.3 17±1.8
В результате выпадения атмосферных осадков радиоактивная зола и пыль смываются вниз по склонам, где и наблюдается максимальная активность радионуклидов 40К, 137Cs, 226Яа, 232ТН и 241Лт.
Из полученных результатов исследований представленных в таблицах 1 и 2 видно на участках, не затронутых пожаром активность перечисленных радионуклидов почти вдвое меньше чем на участках затронутых пожаром. Исходя из выше сказанного и принимая во внимание результаты работ [12,13] можно утверждать, что большая часть радионуклидов скапливается в подстилке, которая в результате пожара уничтожается.
На участке «Ночка-Междуречье» наблюдается активный смыв радионуклидов 40К, 137Cs, 226Яа, 232ТН и 241Лт вниз по склону. Как видно на рис. 2 А в третьей точке по 137Cs, 232ТН, 241Лт наблюдается меньшая активность этих радионуклидов, чем во второй точке сбора. По-видимому, это связано с тем, что в этой точке процесс смыва происходит более интенсивно, потому что она находится на выгоревшей луговине. В целом процесс смыва 137Cs, 232ТН, 241Лт выражен более сильно по сравнению с другими исследованными нуклидами. Вероятно, это связано с более высокой растворимостью в воде трех первых излучателей. Меньшая интенсивность процесса смыва характерна для 226Яа, так как его
экология ►►►►>
Рис. 1 А. Профиль участка и точки отбора проб Ночка-Междуречье.
Рис. 1 Б. Профиль участка и точки отбора проб Вичкилей.
химические соединения хуже, чем у других радионуклидов, растворяются в воде.
На участке « Вичкилей» (см. рис. 1 Б) наблюдается своеобразный профиль: сравнительно небольшое плато, отмеченное цифрой 1, расположенное в верхней точке резко переходит в крутой склон, отмеченный цифрами 2-5, достигая минимума справа. Соответственно активность некоторых радионуклидов (см. рис. 2Б) при перемещении слева направо уменьшается, а затем в нижней части склона вновь возрастает.
Наиболее активно мигрирующими радионуклидами на данном участке оказались 40К и 137Cs, что связано с их относительно хорошей растворимостью в воде. Радионуклид 241Лт на плато и в точке забора пробы №2 имеет практически одинаковое значение, что указывает на то, что он практически не вымывается, а его концентрация и активность нарастает только в нижней части склона.
2. Результаты исследований, проведенных, на участках пострадавших от лесного пожара подтвердили, что хвойные и лиственные породы деревьев накапливают радионуклиды и удерживают их. Сравнение данных таблицы 1 и 2 показывает, что активность радионуклидов до пожара меньше, чем после него. Пожар, превращающий зеленые насаждения и лесную подстилку в пепел, и золу тем, самым «высвобождает» радионуклиды. В результате попадания в землю, их концентрация увеличивается почти в 2 раза, что еще раз подтверждает миграцию радионуклидов в почве.
3. Вот почему лес в зоне вокруг ЧАЭС при условии его возгорания может считаться более или менее соизмеримым по значимости радиационным загрязнителем окружающей среды по сравнению с «основным» загрязнителем - взорвавшимся чернобыльским реактором.
ВЫВОДЫ
1. Изучены особенности естественной миграции радионуклидов 40К, 137Cs, 226Яа, 232ТН и 241Лт на участках разной крутизны. В частности она наиболее выражена на участках с большим уклоном местности, об этом свидетельствует сравнение уровня активности изученных радионуклидов на разнорельефных участках «Вичкилей» и «Ночка - Междуречье».
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Барсуков О. А. Радиационная экология. М.: Научный мир, 2003. С. 103.
2. Булдаков Л. А., Фитющкин И. В. Чернобыль. Вчера, сегодня, завтра. - М.: Атомиздат, 1996. С. 87-120
3. Федеральное агентство лесного хозяйства. Приказ Рослесхоза от 16 марта 2009 г. № 81 «Об утверждении методических документов».
почва после пожара Ночка-Междуречье
0 20 40 60 80 100 120
точки отбора пробы
Рис. 2 А. Зависимость активности А от точки отбора пробы Ночка-Междуречье затронутая пожаром.
почва после пожара 2010 Винкелей
Рис. 2 Б. Зависимость активности А от точки отбора пробы Вичкилей затронутая пожаром.
4. Прохоров В. М. Миграция радиоактивных загрязнений в почвах. М.: Энергозатрат, 1981 С. 100.
5. Анцышкин С. П., Противопожарная охрана леса, М.-Л., 1957.
6. Проблема лесных пожаров, в сборнике: Возникновение лесных пожаров. М., 1964;
7. Современные вопросы охраны лесов от пожаров и борьбы с ними / Под ред. И. С. Мелехова, М., 1965.
8. Кнунянц И. Л. Химическая энциклопедия. В 5 т. Москва: Советская энциклопедия, 1988. Т. 1. 623 с.
9. Современные проблемы загрязнения почв./Сборник тезисов международной научной конференции. М.: МГУ им. Ломоносова, 2004.
10. Карпов Ю. А. Методы пробоотбора и пробоподготов-ки М.: Бином. Лаборатория знаний, 2003. 243 с.
11. Искра А. А. Естественные радионуклиды в биосфере. М.: Энергоиздат, 1981.
12. Щеглов А. И., Цветова О. Б. Роль лесных экосистем при радиоактивном загрязнении. Биология и Медицинская наука.
13. Данилов Ю. Г. «Роль геохимической миграции радионуклидов в реабилитации загрязненных территорий Брянской области».
