CC BY
15
УДК 551.4:57.049(571.1)
DOI: 10.24412/1728-323X-2021-4-43-47
СОДЕРЖАНИЕ ПРИРОДНЫХ РАДИОНУКЛИДОВ В ПОЙМЕННЫХ ПОЧВАХ РЕК ИРТЫШ И ТОБОЛ
А. Ю. Токарева, научный сотрудник, Тобольская комплексная научная станция Уральского отделения Российской академии наук (ТКНС УрО РАН), aytokareva@list.ru, г. Тобольск, Россия,
Г. С. Алимова, кандидат технических наук, заведующий химико-экологической лаборатории, Тобольская комплексная научная станция Уральского отделения Российской академии наук (ТКНС УрО РАН), gulsem76@mail.ru, г. Тобольск, Россия
Цель данной работы — изучение содержание естественных радионуклидов Ra-226, Th-232, плотность потока радона в пойменных почвах рек Иртыш и Тобол. В рамках данного исследования было заложено 52 почвенных разреза для определения типа почв и отбора пробы для проведения физикохимических показателей почвы пойме рек Иртыш и Тобол. Измерения Ra-226, Th-232 выполнены на спектрометрической установке «Спутник СКС-99». Измерения плотности потока радона выполнены комплексом для мониторинга радона «КАМЕРА-01й. Установлено, что на исследованной территории преобладаю следующие типы почв: дерново-луговая (37 %), аллювиальная (17 %), дерново-подзолистая (15 %), серая со вторым гумусовым горизонтом (12%), серая лесная (10 %). Усредненные значения удельной активности Ra-226 и Th-232 в незначительной степени зависят от типа почв и равномерно распределяются по всему профилю почв, что свидетельствует об отсутствии радионуклидного загрязнения из вне. Наибольшие значения ППР отмечены в серой лесной почве и дерново-подзолистой, на глубине 0,8—1,0 м. На всех исследованных территориях величина плотность потока радона уменьшается от глубины к поверхности почвы и на поверхности не превышает 80 мБк/м2 • с, что соответствует первому классу радоноопасности.
The purpose of this work is to study the content of natural radionuclides Ra-226, Th-232, the density of radon flux in floodplain soils of the Irtysh and Tobol rivers. Within the framework of this study, 52 soil sections were laid to determine the type of soil and take a sample for carrying out physical and chemical indicators of the soil in the floodplain of the Irtysh and Tobol rivers. The measurements of Ra-226, Th-232 were carried out on the spectro-metric installation “Satellite SKS-99”. Radon flux density measurements were performed by the CAMERA-01 radon monitoring system. It was found that the following types of soils predominate in the studied territory: sod-meadow (37 %), alluvial (17 %), sod-podzolic (15 %), gray with a second humus horizon (12 %), gray forest (10 %). The average values of the specific activity of Ra-226 and Th-232 slightly depend on the type of soil and are evenly distributed throughout the soil profile, which indicates the absence of radionuclide contamination from outside. The highest values of the radon flux density were observed in gray forest soil and sod-podzolic, at a depth of 0.8—1.0 m. In all the studied territories, the PPR value decreases from the depth to the soil surface and does not exceed 80 MBq/m2 • s on the surface, which corresponds to the first class of radon hazard.
Ключевые слова: радий, радон, торий, Иртыш, Тобол.
Keywords: radium, radon, thorium, Irtysh River, Tobol River.
Введение. Радон — это радиоактивный газ природного происхождения, инертный, не имеющий цвета и запаха. Радон образуется в процессе природного радиоактивного распада Ra-226, Th-232, который присутствует во всех горных породах и почвах. Высвобождаясь из грунта в воздух, радон распадается с образованием радиоактивных частиц. При дыхании эти ч астицы осаждаются на клетках эпителия дыхательных путей, что чревато развитием рака легких [1—3]. Величиной, характеризующей радоновую опасность грунта, является плотность потока радона (ППР). Она указывает на интенсивность выхода газа на поверхность земли [4].
Вопросы, связанные с миграционной способностью радионуклидов как непосредственно в почвах, так и в сопредельные среды и далее в живые компоненты экосистем, в настоящее время остаются актуальными [5—7]. В случае радия и тория, загрязнение окружающей среды которыми с каждым годом нарастает в результате работ уранодобывающей, нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленностей, это имеет особое значение, так как данные радионуклиды обладают большими периодами полураспада, высокой токсичностью, а в случае радия и высокой мобильностью в звеньях пищевой цепи [8].
Цель данной работы — изучение содержание естественных радионуклидов Ra-226, Th-232, плотность потока радона в пойменных почвах рек Иртыш и Тобол. В задачи исследования входило описание почвенных горизонтов и определение типов почв, определение удельной активности Ra-226, Th-232 и плотность потока радона в профилях почв различных типов, выявление радоноопасных территорий.
Модели и методы. В рамках данного исследования в летно-полевые периоды 2018—2019 годов было заложено 52 почвенных разреза для определения типа почв и отбора пробы для проведения физико-химических показателей почвы пойме рек Иртыш и Тобол (рис. 1).
Для обследования выбирались участки на природных ландшафтах с однородным почвенным и растительным
№ 4, 2021
43
Рис. 1. Районы исследования природных радионуклидов в почве пойм рек Иртыш и Тобол
покровом, наиболее типичным для данной местности. Отбор проб почвы для анализа производился с каждого структурного горизонта по всей глубине почвенного профиля. Измерения Ra-226 и Th-232 выполнены на спектрометрической установке «Спутник СКС-99». Одновременно проводилась определение плотности потока радона с поверхности почвы и на глубине 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0 м в индивидуальных пробуренных отверстиях с экспозицией в течение не м енее 4 ч. Измерения выполнены комплексом для мониторинга радона «КАМЕРА-01». Всего было проведено 624 измерения плотности потока радона.
Результаты и обсуждение. Исследованная территория принадлежит двум геоморфологическим структурам — это Тобольский материк и Средне-иртышская низменность. Ведущими элементарными процессами почвообразования на Тобольском материке являются дерновый, гумусообразование, оглеение [9]. Преобладающие типы почв по результатам полевых исследований: дерново-
луговая (37 %), аллювиальная (17 %), дерновоподзолистая (15 %), серая со вторым гумусовым горизонтом (12 %), серая лесная (10 %). Почвы, подверженные интенсивному антропогенному влиянию, объединены в группу и составили около 10 % от всех исследованных почв (табл. 1). Исследование распределения удельных активностей Ra-226, Th-134 и плотности потока радона в различных типах почв (усредненные значения) представлены в таблице 1.
Анализ усредненных значений без учета вертикального профильного распределения Th-134 и Ra-226 в различных типах почв не выявил значительных различий. Максимальное усредненное значение удельной активности Ra-226 отмечено в серых лесных и дерново-луговых почвах (рис. 2), Th-134 — в серых лесных и анропогеннодефор-мированных почвах.
При естественных содержаниях, унаследованных от почвообразующих пород, профильная дифференциация радиоактивных элементов за-
Таблица 1
Плотность потока радона, удельная активность Ra-226, Th-134 в различных типах почв
(мин.-макс./среднее)
Типы почв ППР Ra-226 Th-134
мБк/м2 • с Бк/кг
Дерново-луговая (19)* 20,1—341,2/169,6 0,0—45,8/13,9 0,0—31,4/17,8
Аллювиальная (9) 34,6—191,7/115,0 0,0—36,4/12,8 3,7—30,4/17,2
Дерново-подзолистая (8) 26,4—225,5/143,8 0,0—39,3/10,2 1,1—29,1/17,5
Серая со вторым гумусовым горизонтом (6) 15,5—68,8/56,0 0,0—37,0/12,4 0,3—35,5/19,2
Серая лесная (5) 20,3—386,8/185,0 0,0—47,5/14,9 10,0—32,3/20,8
Антропогенные почвы (5) 30,8—145,9/102,5 0,0—26,0/10,0 1,27—45,0/21,21
* В скобках указано количество почвенных разрезов.
44
№ 4, 2021
а
н
Антропогенные почвы (((((((((((((((((((( 'tttttttttrttttttrtti за Дерново-подзолистая .wee wuccccctuo "f" ш
Аллювиальная (««««««««<«’<««<"'"шз Серая со вторым... ащщищма»Eftw <<<<<<<<<<<,« Серая лесная {<<<<<<<<<<<<<<<<<<<• ’<««««<"'"""•д Дерново-луговая ‘ззззззм<ззззмумШум<у,‘,,ш‘
О 10 20
□ Th-134 О Ra-226 Удельная активность
Бк/кг
Рис. 2. Усредненные значения удельной активности Ra-226, Th-134 в различных типах почв
Таблица 2
Величина корреляционных связей
Ед. изм. Показа- тель ППР Ra-226 Th-134 Глу- бина
мБк/м2 • с Бк/кг м
мБк/м2 • с ППР — -0,03 0,24 0,50
Бк/кг Ra-226 -0,03 — -0,48 -0,17
Th-134 0,24 -0,48 — 0,33
м Глубина 0,50 -0,17 0,33 —
висит от генетических особенностей почв. Отмечается как аккумуляция в верхних, обогащенных органическими веществами горизонтах, так и сравнительно равномерное распределение в почвенном профиле. В условиях загрязнения радиоэлементы, в основном, фиксируются в верхних горизонтах почвы глинистыми минералами и органическим веществом почв [10]. Результаты настоящего исследования вертикальной дифференциации профилей почв показали увеличение удельной активности Ra-226 от глубины к поверхности почвы, Th-134 напротив от поверхности к глубине. Оценка корреляционных связей исследуемых параметров приведена в таблице 2.
Удельные активности Ra-226 и Th-134 отмечены обратной корреляционной связью средней силы (—0,42), которая отразилась на вертикальной профильной дифференциации почв (рис. 3). Уравнение линии тренда Th-134 имеет вид у = 0,0131х + 0,1897; Ra-226: у = —0,0054х + + 0,4972. Низкая величина достоверности аппроксимации R2 Th-134 = 0,1096 и R2 Ra-226 = 0,0275 свидетельствует об отсутствии статистической значимости установленных линий тренда, что объясняется ш ироким вариативным рядом значений удельных активностей радионуклидов по всей глубине почвенных профилей. Ra-226 и Th-134, как прародители Rn-222 и Rn-220 характеризуются отсутствием значимых связей или связью слабой силы со значениями плотность потока радона, это объясняется разностью агрегатных состояний веществ. Возникая в природе при радиоактивном распаде материнских ядер, радон, как инертный газ, не вступает в химическое взаимодействие с компонентами почвы, легко покидает кристаллическую решетку «родительского» минерала и попадает в подземные воды, природные газы и воздух [6].
В ходе исследования установлено, что величина плотности потока радона в значительной степени связана с глубиной проведения измерений. На поверхности почвы исследованных территорий не выявлено радоноопасных участков, ППР не превышает 80 мБк/м2 • с, что соответствуют первому классу радоноопасности. Измерения, выполненные в индивидуальных отверстиях на глубине 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0 м, показали увеличение ППР от поверхности к глубине в десятки раз во всех исследованных типах почв (рис. 4). В своем агрегатном состоянии радон подчиняется газовым законам физики. Плотность радона при нормальных условиях составляет 9,73 кг/м3, что примерно в 7,6 раз больше плотности воздуха, поэтому
Глубина, м
------ Линейная (Th-134) ----- Линейная (Ra-226) активность...
Рис. 3. Распределение удельной активности Ra-226 и Th-134 в профиле почв
№ 4, 2021
45
о
fS
I
й
400
300
200
Глубина, м Ш 0 Ш 0,2 ШО 0,4 0 0,6 □ 0,8 □ 1
Рис. 4. Вертикальное распределение плотности потока радона в различных типах почв
тяжелый газ, выходя из почвы на поверхность, частично адсорбируется частицами самой почвы, частично растворяется в подземных водах и диффузно перемешивается с атмосферным воздухом, но не поднимается высоко, а накапливается на поверхности почвы, в низинах, ложбинах, ямах. Наибольшие значения ППР отмечены в серой лесной почве и дерново-подзолистой, на глубине 0,8—1,0 м усредненные значения достигают 400 мБк/м2 • с (рис. 4).
Заключение. В результате проведенной работы было установлено, что на исследованной территории преобладают следующие типы почв: дерново-луговая (37 %), аллювиальная (17 %), дерновоподзолистая (15 %), серая со вторым гумусовым горизонтом (12 %), серая лесная (10 %). Почвы, подверженные интенсивному антропогенному
влиянию, объединены в группу и составили около 10 % от всех исследованных почв. Усредненные значения удельной активности Ra-226 и Th-232 в незначительной степени зависят от типа почв и равномерно распределяются по всему профилю почв, а не накапливаются в верхних органических горизонтах, что свидетельствует об отсутствии радионуклидного загрязнения из вне. Установлено, что ППР зависит от множества факторов, один из основных — это глубина проведения измерения. Наибольшие значения ППР отмечены в серой лесной почве и дерново-подзолистой на глубине 0,8—1,0 м. На всех исследованных территориях величина ППР уменьшается от глубины к поверхности почвы и на поверхности не превышает 80 мБк/м2 • с, что соответствует первому классу радоноопасности.
Библиографический список
1. Бакаева Н. В., Калайдо А. В. Пассивные технологии защиты населения урбанизированных территорий от облучения радоном // Экология урбанизированных территорий, 2020. — № 3. — С. 28—32.
2. Ярмошенко И. В. и др. Сравнительный анализ накопления радона в зданиях различного класса энергоэффективности на примере пяти российских городов // Радиационная гигиена, 2020. — Т. 3, № 2. — С. 47—56.
3. Карпин В. А. Современные экологические аспекты естественной эманации изотопов радона: обзор литературы // Экология человека, — 2020. — № 6. — С. 34—40.
4. Токарева А. Ю., Алимова Г. С., Уткина И. А. Плотность потока радона в поверхностном слое почв Ярковского, Ва-гайского, Тобольского районов Тюменской области // Успехи современного естествознания, 2018. — № 11. — С. 400—406.
5. Ерошов А. И., Марцуль И. Н., Антоненков А. И. Исследования содержания естественных радионуклидов в различных объектах природной среды Республики Беларусь // Журнал Белорусского государственного университета. Экология, 2018. — № 3. — С. 56—61.
6. Шапошникова Л. М. Основные факторы, влияющие на поглощение урана, радия и тория растениями // Вестник института биологии Коми научного центра Уральского отделения РАН, 2017. — № 3. — С. 49—57.
7. Шапошникова Л. М., Шуктомова И. И. Особенности распределения урана, тория и радия в профиле техноподзолистой почвы // Успехи современного естествознания, 2016. — № 6. — С. 48—52.
8. Шапошникова Л. М. Фитопоглощение радия-226 из техногенно загрязненных почв на примере Chamaenerion angustifolium, Lathirus pratensis и L. vernus // Теоретическая и прикладная экология, 2018. — № 4. — С. 53—60.
9. Константинова Е. Ю. Почвы области сопряжения высоких террас реки Иртыш с краевой частью возвышенности Тобольский материк // Вестник Томского государственного университета. Биология, 2016. — № 2 (34). — С. 6—18.
10. Рачкова Н. Г., Шуктомова И. И., Таскаев А. И. Состояние в почвах естественных радионуклидов урана, радия и тория (обзор) // Почвоведение, 2010. — № 6. — С. 698—705.
46
№ 4, 2021
THE CONTENT OF NATURAL RADIONUCLIDES IN FLOODPLAIN SOILS OF THE IRTYSH AND TOBOL RIVERS
A. Yu. Tokareva, Research Associate, Tobolsk complex scientific station of the Ural Branch, RAS, aytokareva@list.ru, Tobolsk, Russia,
G. S. Alimova, Ph.D. in Engineering, Head of the Chemical and Environmental Laboratory, Tobolsk complex scientific station of the Ural Branch, RAS, gulsem76@mail.ru, Tobolsk, Russia.
References
1. Bakaeva N. V., Kalajdo A. V. Passivnye tehnologii zashity naseleniya urbanizirovannyh territorij ot oblucheniya radonom. [Passive technologies for protecting the population of urbanized territories from radon exposure]. Ekologiya urbanizirovannyh territorij, 2020. No. 3. Р. 28—32 [in Russian].
2. Yarmoshenko I. V. i dr. Sravnitelnyj analiz nakopleniya radona v zdaniyah razlichnogo klassa energoeffektivnosti na primere pyati rossijskih gorodov. [Comparative analysis of radon accumulation in buildings of various energy efficiency classes on the example of five Russian cities]. Radiacionnaya gigiena, 2020. Vol. 3, No. 2. Р. 47—56 [in Russian].
3. Karpin V. A. Sovremennye ekologicheskie aspekty estestvennoj emanacii izotopov radona: obzor literatury [Modern ecological aspects of the natural emanation of radon isotopes: literature review]. Ekologiya cheloveka, 2020. No. 6. Р. 34—40 [in Russian].
4. Tokareva A. Yu., Alimova G. S., Utkina I. A. Plotnost potoka radona v poverhnostnom sloe pochv Yarkovskogo, Vagajskogo, Tobolskogo rajonov Tyumenskoj oblasti [Radon flux density in the surface layer of soils of the Yarkovsky, Vagaysky, Tobolsk districts of the Tyumen region]. Uspehi sovremennogo estestvoznaniya, 2018. No. 11. Р. 400—406 [in Russian].
5. Eroshov A. I., Marcul I. N., Antonenkov A. I. Issledovaniya soderzhaniya estestvennyh radionuklidov v razlichnyh obektah prirodnoj sredy respubliki Belarus [Studies of the content of natural radionuclides in various objects of the natural environment of the Republic of Belarus]. ZhurnalBelorusskogogosudarstvennogo universiteta. Ekologiya, 2018. No. 3. Р. 56—61 [in Russian].
6. Shaposhnikova L. M. Osnovnye faktory, vliyayushie na pogloshenie urana, radiya i toriya rasteniyami [The main factors affecting the absorption of uranium, radium and thorium by plants]. Vesnik instituta biologii Komi nauchnogo centra Uralskogo otdeleniya RAN, 2017. No. 3. Р. 49—57 [in Russian].
7. Shaposhnikova L. M., Shuktomova I. I. Osobennosti raspredeleniya urana, toriya i radiya v profile tehnopodzolistoj pochvy [Features of the distribution of uranium, thorium and radium in the profile of technopodzolic soil]. Uspehi sovremennogo estestvoznaniya, 2016. No. 6. Р. 48—52 [in Russian].
8. Shaposhnikova L. M. Fitopogloshenie radiya-226 iz tehnogenno zagryaznyonnyh pochv na primere Chamaenerion angustifo-lium, Lathirus pratensis i L. vernus [Phytoabsorption of radium-226 from technogenically polluted soils in the study of Chamaenerion angustifolium, Lathirus pratensis and L. vernus]. Teoreticheskaya iprikladnaya ekologiya, 2018. No. 4. Р. 53—60 [in Russian].
9. Konstantinova E. Yu. Pochvy oblasti sopryazheniya vysokih terras reki Irtysh s kraevoj chastyu vozvyshennosti Tobolskij ma-terik [Soils of the area of the interface of the high terraces of the Irtysh River with the marginal part of the Tobolsk mainland upland]. Vesnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Biologiya, 2016. No. 2 (34). Р. 6—18 [in Russian].
10. Rachkova N. G., Shuktomova I. I., Taskaev A. I. Sostoyanie v pochvah estestvennyh radionuklidov urana, radiya i toriya (obzor) Soils of the area of the interface of the high terraces of the Irtysh River with the marginal part of the Tobolsk mainland upland [The state of natural radionuclides of uranium, radium and thorium in soils (review)]. Pochvovedenie, 2010. No. 6.
Р. 698—705 [in Russian].
№ 4, 2021
47
