CC BY
88
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН ___________________________________2011, том 54, №9______________________________
ФИЗИКА АТМОСФЕРЫ
УДК 551.521.3; 551.583
С.Ф.Абдуллаев, Н.А.Абдурасулова, Б.И.Назаров, В.А.Маслов, Ан.А.Джураев, А-А.Джураев |,
У.Мадвалиев,Т.Давлатшоев
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИРОДНОЙ И ТЕХНОГЕННОЙ РАДИОАКТИВНОСТИ В ОБРАЗЦАХ ПЫЛЬНОЙ МГЛЫ ЮГА ТАДЖИКИСТАНА
Физико-технический институт им. С.У.Умарова АН Республики Таджикистан
(Представлено членом-корреспондентом АН Республики Таджикистан Х.Х.Муминовым 03.02.2011 г.)
В работе представлены результаты исследования элементного состава проб пылевого аэрозоля, собранных в результате осаждения в пос. Айвадже и г.Душанбе, образующегося в результате пыльной мглы. В настоящем сообщении приведён анализ данных о распределении радиоактивных изотопов уранового и ториевого рядов, К-40 и других техногенных изотопов.
Ключевые слова: аридный аэрозоль - пыльная мгла - пыльная буря - элементный состав - изотопы.
Северная и центральная части Таджикистана разделены горной системой, состоящей из Гис-сарского, Зерафшанского и Туркестанского хребтов. Благодаря довольно большим высотам (вершины достигают 5000 м над ур. м.), эти горы имеют значительную площадь снеговой и ледниковой поверхности. Этот высотный и температурный барьер создает препятствие для перемещения воздушных масс как от Северного ледовитого океана, так и от южного муссона Индийского океана, создавая в межгорных областях уникальные климатические условия. Так, горы Гиссарского хребта практически полностью преграждают путь на север мощным пылевым бурям, формирующимся в регионе и известным под названием «Афганец».
Лаборатория физики атмосферы ФТИ им. С.У.Умарова АН РТ с 1982 г. проводит изучение оптических и микрофизических свойств аэрозолей аридной зоны [1]. В составе песка и пыли, собранных в аридной зоне Таджикистана в период советско-американского эксперимента по изучению аридного аэрозоля, были обнаружены следы техногенных радиоактивных изотопов [2-6]. Полученный результат стал основой для дальнейшего исследования элементного состава пыльной мглы, распространяющейся с юга до центральной части страны. Нами исследовались образцы почвы, собранные путём естественного осаждения по пути распространения пыльной мглы, и пробы пылевого аэрозоля.
Проанализированы пробы частиц аэрозоля, собранного во время пыльной мглы путём естественного осаждения на поверхности полиэтиленовой пленки и в специальных ванночках. В лабораторных условиях образцы очищались от крупнообломочных включений и корней. Оставшаяся часть просеивалась через сито 1 мм и упаковывалась для хранения и исследования. Описания проб представлены в табл.1 и 2. Гамма-радиометрический анализ проводился с помощью у — спектрометра
Адрес для корреспонденции: Абдуллаев Сабур Фузайлович. 734063, Республика Таджикистан, г. Душанбе, ул. Айни, 299/1, Физико-технический институт АН РТ. E-mail: sabur.f.abdullaev@gmail.com
производства фирмы «Канберра» с детектором на основе сверхчистого германия, с относительной эффективностью 10% [6-8].
Измерения проводились в домике из свинца с толщиной стенок 5 см, облицованном с внутренней стороны слоем кадмия толщиной 2 мм. Внутренняя поверхность домика дезактивировалась перед каждым сеансом измерений. При измерениях образец помещался в сосуд Маринелли, общим объёмом 500 см3. Время измерения образцов и эталона было выбрано равным 6 ч, а время измерения фона (в начале и конце серии измерений) составляло 24 ч. Один из участков регистрируемого спектра показан на рис. 1. Видно, что используемая система обладает необходимой эффективностью и разрешением для решения поставленной задачи. Точность определения удельной активности была проверена на 15 образцах по пяти гамма-линиям для изотопов уранового и по семи линиям ториевого рядов.
А с' с о
U
п
t
о-
0 • - - ■ Cs-137 ;/ Bi-212(ThC /\ )
о ■ X ві-: l4(RaC) :
0 — о А ‘ ' " ' - •
Ш 1 !г* 5
о- .. , П Of" f — - ■
о- -600 6. 10 71 Ю 750 а » 850
Energy (keV)
Рис.1. Участок регистрируемого спектра.
Результаты измерения концентрации изотопов представлены в табл. 3 и 4. Во всех распределениях для проб пыльной мглы отмечается повышенное содержание изотопов по сравнению с пробами почвы районов, расположенных по пути распространения пыльной мглы, в некоторых случаях в десять раз. Это превышение означает, что пыльная мгла обогащена изотопами из сопредельных стран. Опасность ситуации в таком случае заключается в том, что радиоактивные изотопы через сочную траву предгорий могут попасть в организм человека. Необходимо провести исследование распределения радона и установить соответствующую службу в местах проживания людей в горных и предгорных районах. На рис.2 представлено обнаруженное распределение Cs-137 для проб (34,36,38,42, эталон), в остальных пробах Cs-137 не обнаружен. Необходимо отметить, что только в двух пробах №43 и 44 обнаружен изотоп Be-7 концентрацией 3056 Бк/кг и 3645 Бк/кг соответственно, в пробе №12 обнаружен изотоп 226-Кя (77.333 Бк/кг) и в пробе №22 обнаружен изотоп ^-234 (32.890 Бк/кг).
Таблица 1
Описание проб пылевого аэрозоля, собранных после пылевой мглы
Проба Дата и место сбора проб Широта Долгота Высота,м
12 03-30.11.2007, Душанбе ива* 38 33 11 и в 68 5128 821
13 15.08. 2008, Душанбе ива* 38 33 11 и в 68 5128 821
14 16.09.2009, Айвадж ив в* 36 5845,5 и в 68 0124 311
15 25.09.2009, Айвадж, ив в* 36 5845,5 и в 68 0124 311
21 17.03.2010, Айвадж ив в* 36 5845,5 и в 68 0124 311
22 19.03.10. Айвадж ив в* 36 5845,5 и в 68 0124 311
23 13-21.11.2007, Душанбе и в 38 33 11 и в 68 5128 821
24 23.11.2007, Душанбе и в 38 33 11 и в 68 5128 821
25 04-15.08.2008, Душанбе и в 38 33 11 и в 68 5128 821
26 26.05.-28.05.2009, Айвадж и в 36 5842 и в 68 0124 319
27 25-30.08.2009, Айвадж и в 36 5842 и в 68 0124 319
28 29.08.2009, Айвадж и в 36 5842 и в 68 0124 319
32 24.05.-28.05.2010, Айвадж и в 36 5842 и в 68 0124 319
33 31.05.-14.06.2010, Айвадж и в 36 5842 и в 68 0124 319
34 09.07.-13.07.2010 Айвадж и в 36 5842 и в 68 0124 319
35 19.07.-23.07.2010, Айвадж и в 36 5842 и в 68 0124 319
39 23.08.-25.08.2010, Айвадж и в 36 5842 и в 68 0124 319
40 12.09.2010, Айвадж и в 36 5842 и в 68 0124 319
41 16.09.2010, Айвадж и в 36 5842 и в 68 0124 319
42 08.10.2010, Айвадж и в 36 5842 и в 68 0124 319
43 08.10.2010г.г.Душанбе и в 38 33 11 и в 68 5128 821
44 22-4.10.2010, Душанбе и в 38 33 11 и в 68 5128 821
Таблица 2
Пробы почв для исследования элементного анализа
Проба Место сбора проб Широта Долгота Высота,м
1 Пустыня Айвадж 36°58’42' 680111" 319
2 Метеостанция Айвадж 36°58’42' 680124' 319
3 Пустыня Шаартуз 37"00’58" 68°03'28" 324
4 Пустыня Кабодиён (белые холмы (БХ)) 37"39’44" 6808’38" 507
5 Пустыня Кабодиён (красные холмы(КХ)) 37"39’44" 6808’38' 508
6 Гиссар, Шарора 38 29’18" 68 39’18' 749
7 Душанбе, восточные Холмы, база ФТИ 38°33’12' 68°51'37" 866
8 Душанбе, восток, к/к Охтог 38 34’04" 685124' 895
9 Памир, Рушан, к/к Баджу 37 56'26' 71°33'38 3000
10 Турсунзаде, Алюминиевый завод 38"30'30" 68°13'30; 680
11 Турсунзаде, Алюминиевый завод 38 30'30'' 68°16'23' 700
16 Вблизи метеостанции Айвадж 36"58’37" 68 0115" 403
17 Пустыня Шаартуз 37°18’32" 68°09’02' 364
18 Пустыня Кабодиён (БХ) 37° 8’14” 68°20’31' 513
18а Пустыня Кабодиён (КХ) 37 5120' 68 36’38' 514
19 Хуросон 37 5120' 683622' 398
20 Фахрабад 38°20’50" 68°42’55" 1159
29 Душанбе, восточная часть 38°32’36" 685125' 801
30 Душанбе, северная часть, Цемзавод 38 36’41" 684721' 898
31 Термез 37°13'01" 67°16’58' 300
36 Истаравшан 39°54'21" 690115' 1039
37 Зафарабад 40°10'34" 6846’31" 384
38 Ак-Архар, Памир 37°57’36" 73°43’15' 4365
Объяснение обнаружения вышеперечисленных изотопов очень трудный вопрос. Есть предположение, что это может быть связано с источником образования пыльной мглы (то есть с географией генерации и осаждения частиц пыльной мглы), а также с метеорологическими параметрами атмосферы.
Вопрос об источниках появления вышеперечисленных изотопов выходит за рамки данной статьи и требует более детального обсуждения.
Таблица 3
Содержание изотопов в составе пылевой мглы (в Бк/кг)
Проба РЬ-214 Б1-214 Ас-228 РЬ-212 Т1-208 К-40 РЬ-210
12 42.336 42.336 66.803 47.51 71.953 904.699 66.803
13 32.469 32.469 69.093 51.098 41.077 1160.62 69.093
14 95.297 97.911 90.546 105.342 58.669 1508.79 1050.99
15 76.448 20.912 56.524 59.199 2104.626
21 43.399 37.699 81.879 55.147 55.147 996.557
22 37.569 21.633 14.463 37.866 37.866 718.43 67.414
30 38.9 41 46.7 38.2
31 32.4 25.5 44.7 34.8 37.8 433.6
32 35.5 28.8 64.4 42.2 34.9 581.9 70.8
33 65.7 36.6 24.4 486.4 75.6
34 52.4 32.3 53.9 48.7 45.4 621.3 102.7
35 40.6 18.9 37.8 22 447.6
36 31.3 34.8 39.4 49.3 24.6 686.3 139.8
37 97.8 42.4 58.2 45.3 35.4 803.4 33.4
38 31.3 21.2 48.9 39.7 37.5 907.4 100.1
39 23.7 26.5 62.8 42.4 26.7 615.4 69.6
40 41.6 21.4 56.5 47.3 30.7 541.4 148.7
41 49 16.5 44.4 42.6 824
42 48.2 38.4 55.1 56.2 49.8 330 184.8
43 111.07 15.42 138.8 21.691 2261.7 2910
44 120.9 -21.9 83.9 18.5 389.9 3480
Эт. 189.8 165.4 363.1 288.7 873.8 248.7
4- ■ 0,1
2 0,05
о •)—1—I—1—1—•—Н—м—Ч-о
34 36 38 42 Эт.
Номера проб
Рис.2. Распределение изотопа Сб-137 для некоторых проб.
Таблица 4
Содержание изотопов в составе почвы и пыльной мглы (Бк/кг)
Проба РЬ-214 Ві-214 Ас-228 РЬ-212 Т1-208 К-40 РЬ-210
1 23.723 18.189 31.372 29.828 28.062 695.916
2 28.157 33.82 43.746 25.3 33.453 775.516
3 23.772 17.774 44.432 27.575 18.214 917.152 15.34
4 36.41 34.156 62.427 33.676 38.729 594.298
5 28.738 21.305 29.805 27.82 29.875 490.593
6 30.067 29.84 41.364 40.453 48.357 815.315
7 35.326 30.234 48.345 46.927 50.345 1027.04
8 38.527 31.304 59.938 53.944 55.88 1040.84
9 36.097 38.538 52.145 52.193 55.92 962.216 227.975
10 23.646 18.488 24.193 22.024 13.635 650.412 99.301
11 26.889 25.707 43.08 28.971 24.446 658.948 43.08
16 25.012 17.423 65.705 28.42 29.404 737.83 88.842
17 33.5 27.697 61.221 37.578 40.814 810.482 63.924
18 29.476 24.375 55.564 46.412 46.412 733.317
18а 27.277 20.909 46.616 25.132 25.132 777.549
19 38.232 26.532 32.287 25.505 25.505 625.109
20 33.386 34.865 44.177 40.643 40.643 946.565
Внимательное рассмотрение распределений уран-ториевых рядов и соответствующих распределений изотопа К-40 позволяет отметить корреляцию между ними. Коэффициенты корреляции между изотопами и К-40 следующие: г= 0.55, 0.91, 0.79, 0.68, 0.80 для Т1-208, Ві-214, РЬ-214, Ас-228 и РЬ-210 соответственно. Причём концентрация изотопа К-40 превышает средний уровень содержаний там, где отмечается повышение уровня содержаний урана и тория. Этот факт может свидетельствовать о том, что за повышение концентраций урана и калия ответственны одни и те же геохимические процессы. Анализ распределений концентрации техногенного изотопа К-40 (рис.3) показывает, что его содержание в исследованных образцах колеблется от нескольких Беккерелей на килограмм для проб почв и до тысячи и более Беккерелей на килограмм для проб пыльной мглы. Описание и состав проб почвы и частиц пылевого аэрозоля приводятся в табл.1-2.
Проведен анализ описанных проб, собранных в районах, расположенных по пути распространения пыльной мглы, на микроэлементный состав методом рентгенофлуоресцентного анализа и на наличие радионуклидов методом альфа-, бета- и гамма-спектрометрии. Как правило, очаги крупномасштабного пылевого выноса характеризуются почвами, характерными для песчаных и каменистых равнин в рамках смешанной (эоловой плюс эрозионной) модели происхождения пылевых частиц. Элементный состав пыли должен, с одной стороны, соответствовать составу почв очагов пылевого аэрозоля, а с другой, - составу почв в районе наблюдения. Идентификация элементного состава проб воздуха и почвы может явиться, таким образом, источником информации о генезисе почвенноэрозионного аэрозоля.
При исследовании элементного состава выделены следующие элементы: As, Аи, Ва, Са, Се, Со, Сг, Ей, Бе, Щ Ьа, Ьи, Мп, ЯЬ, 8Ь, 8с, 8ш, ТЬ, ТЬ, и, УЬ, 2п.
12 13 14 1 5 21 22 30 31 32 33 34 3 5 36 37 38 39 40 41 42 43 44 Эт.
Номера проб
Рис.З. Распределение изотопа К-40 для некоторых проб.
Содержание элементов в составе почв и пыли (млн-1)
Таблица 5
Элемент Душанбе Шаартуз Пыль Сп/Сд Сп/Сш
К ,% 2.1998 2.377 1.9761 0.89831 0.83134
Са,% 4.1879 7.4023 12.9401 3.08988 1.74812
8с 0.1006 0.082 0.2401 2.38668 2.92805
Ті 0.6914 0.5636 0.4371 0.6322 0.77555
V 0.0374 0.0308 0.0131 0.35027 0.42532
Сг 0.0213 0.0258 0.0249 1.16901 0.96512
Мп 0.1204 0.0938 0.0897 0.74502 0.95629
Бе ,% 7.525 8.5532 5.7038 0.75798 0.66686
Со 0.1063 0.1316 0.0841 0.79116 0.63906
Мі 0.0051 0.0011 0.0027 0.52941 2.45455
Си 0.0051 0.0044 0.0084 1.64706 1.90909
гп 0.0152 0.017 0.0492 3.23684 2.89412
ва 0.0027 0.0031 0.0023 0.85185 0.74194
ве 0.0011 0.0005 0.0008 0.72727 1.6
А8 0.0032 0.0019 0.0003 0.09375 0.15789
8е 0.0005 0.0004 0.0003 0.6 0.75
Вг 0.0015 0.0011 0.0012 0.8 1.09091
ЯЬ 0.024 0.0268 0.0172 0.71667 0.64179
8г 0.0333 0.0343 0.0629 1.88889 1.83382
У 0.0072 0.0061 0.0053 0.73611 0.86885
гг 0.0525 0.0341 0.0376 0.71619 1.10264
№ 0.004 0.0038 0.003 0.75 0.78947
Мо 0.0026 0.0023 0.0018 0.69231 0.78261
Корреляция 0.77434 0.89309
Из табл.5, в которой приведены концентрации некоторых элементов в песке и в пробах аэрозолей, полученные рентгеноструктурным анализом, видно, что содержание кальция, находящегося в пробах в виде кальцита и аккерманита, сравнительно велико. По ряду элементов обнаруживаются значительные различия в их содержании по сравнению с имеющимися данными для аналогичных районов. Так, по сравнению с пробами аридного аэрозоля в Репетеке [9] и в Нигерии [10] в исследуемых пробах содержание меди и свинца примерно в 10 раз ниже, цинка - в 100 раз.
Настоящая работа выполнена при поддержке Международного научно-технического центра (проект T^SS).
Поступило 03.03.2011 г.
ЛИTЕРATУРA
1. Виноградова A.A., Малков И.П. и др. - Изв. AH СССР, ФAO, ^SS, т. 24, № 7, с. 6SG-6S6.
2. Aндронова A^., Минашкин В.М. и др. - Изв. AH СССР, ФAO, 1989, т.25, №1, с.40-44.
3. Голицын Г.С. - В сб.: Советско-американский эксперимент по изучению аридного аэрозоля. -СПб.: НПО “Тайфун”, І992, с. 3- б.
4. Смирнов В.В. - Там же, ^HG-US.
5. Aндронова A^., Жуковский ДА. и др. - Там же, с. ІІS-І29.
6. Djuraev A.A. et al. - Advanced Research Workshop. “Enviromental protection Against Radiactive Pollu-shion” Abstr., September, Іб-І9, 2GG2, Almaty, pр. S4-S6.
7. Djuraev A.A., Djuraev An.A. - ISTC Project T-^GG Report, Dushanbe, 2GG4.
S. Djuraev A.A., Djuraev An.A. at all. - Report on «Second International Workshop on Radiological Sciences and Applications (IWRSA)», Vienna, Austria, March, Іб-^, pp.34-3S.
9. Kомплексный советско-американский эксперимент по исследованию фонового аэрозоля. Под ред.
В. Степаненко. - Л.:Гидрометеоиздат,i9Sб,i2G с.
10. Adedokum I.A., Emofurieta W.O., Adedeji O.A. - Theor.Appl.Climatol., 1989, № 40, pp.^!-^.
С.Ф.Абдуллоев, Н.А.Абдурасулова, Б.И.Назаров, В.А.Маслов, АнА.Чураев, |А.А.Ч,ураев|,
У.Мадвалиев,Т.Давлатшоев
ТАЦСИМОТИ РАДИОАКТИВНОКИИ ТАБЙ ВА ТЕХНОГЕНЙ ДАР ТАРКИБИ ЧАНГУ ГУБОРИ ^АНУБИ ТО^ИКИСТОН
Институти физикаю-техникаи ба номи С.У.Умарови Академияи илм^ои Цум^урии Тоцикистон
Дар макола натичахои тадкикоти таркиби элементии намунахои аэрозоли чангие, ки дар натичаи чангу губор дар Айвач ва ш.Душанбе чаъм оварда шудаанд пешниход карда шуда-аст.
Дар иттилооти мазкур муоинаи маълумотхо оиди таксимоти изотопхои радиоактивии мутталики уран ва торий, К-40 ва дигар изотопхои техногенй оварда шудааст.
Калима^ои калиди: аэрозоли минтацаи хушк - абри чангу губор - бу^рони чангу губор - таркиби элементы - изотощо.
S.F.Abdullaev, N.A.Abdurasulova, B.I.Nazarov ,V.A.Maslov, An.A.Djuraev, A.A.Djuraev,
U.Madvaliev,T.Davlatshoev
DISTRIBUTION OF NATURAL AND MAN-MADE RADIOACTIVITY A SAMPLES OF SOIL AND DUSTY HAZE OF THE SOUTH OF TAJIKISTAN
S.U. Umarov Physical-Technical Institute, Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan The paper presents the results of the elemental composition of dust aerosol samples collected in the deposition in Ayvadj and Dushanbe is formed by a dusty haze.
In this report provides an analysis of data on the distribution of radioactive isotopes of uranium and thorium series, K-40 and other man-made isotope pathways dusty haze of Ayvadj to Dushanbe and its surroundings.
Key words: arid aerosol - dusty haze - dust storm - the elemental composition - isotopes.
