CC BY
32
УДК [574:539.163]+621.039.7
СОВРЕМЕННАЯ РАДИОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОБСТАНОВКА НА ТЕРРИТОРИИ ОБЪЕКТА «ГЛОБУС-1»
О.Б. Цветнова, М.Н. Александров, А.И. Щеглов
Анализируется современная радиоэкологическая обстановка на территории объекта мирного ядерного взрыва «Глобус-1» в Ивановской обл. Представлена вариабельность показателей радиационного фона, удельной активности 137С8 и 908г в 0—20-сантиметровой толще почв и доминирующих видов луговой растительности на площади, непосредственно прилегающей к эпицентру взрыва. Установлены повышенные уровни загрязнения 908г растений на данной территории и воды из исследовательской скважины. Показатели загрязнения компонентов лугового биогеоценоза по 137С8 не превышают установленных нормативов.
Ключевые слова: мирные ядерные взрывы, «Глобус-1», загрязнение, 137С8, 908г, почва, растение, распределение.
Введение
В СССР начиная с 1965 г. реализовывалась программа использования мирных ядерных взрывов (МЯВ) в интересах народного хозяйства. Всего произведено 124 взрыва, из которых четыре оказались аварийными [4, 8, 12, 15]. Единственный мирный ядерный взрыв на территории европейской части России осуществлен в промышленных целях на объекте «Глобус-1» 19 сентября 1971 г. в Ивановской обл.; мощность его равнялась 2,3 кт в тротиловом эквиваленте [6]. Он проводился на глубине 615 м в обводненных известняках. В результате некачественного цементажа заколонного пространства технологической скважины на 18-й минуте после взрыва начался выход радиоактивных продуктов в виде напорного газо-водяного грифона, который извергался в течение 10 дней [8]. Вода образовавшегося фонтана содержала короткоживущие (изотопы I, Те, 40Ва) и дол-гоживущие (137С8, изотопы 8г) радионуклиды. Вместе с глиной и песком она поступала в р. Шачу, вследствие чего в первые дни после аварии на расстоянии нескольких десятков метров наблюдалось радиоактивное загрязнение воды выше допустимых нормативов [8]. Непосредственно после взрыва уровни эквивалентной поглощенной дозы на технологической площадке достигали 6—10, через 40 мин. — 2,1 Зв/ч; однако на расстоянии 2000 м от источника мощность дозы не превышала естественный радиационный фон [8]. Дополнительное загрязнение территории промплощадки радиоактивными веществами произошло в 1976—1977 гг. при бурении двух исследовательских скважин, произведенном с целью выяснения причин аварии. После этого была проведена рекультивация данной площадки, что значительно улучшило радиационную обстановку на объекте «Гло-бус-1». В дальнейшем ее неоднократно обследовали специалисты различных подразделений. Так, результаты исследований Ивановского госуниверситета показали, что в 1995 г. в эпицентре взрыва мощность дозы гамма-излучения (МЭД) достигла 300 мкР/ч,
в других местах она не превысила 50 мкР/ч; по данным на 1998 г., максимальные величины МЭД составили 200 мкР/ч [12]. В целом по состоянию на период 1996—1998 гг. на объекте МЯВ «Глобус-1» площадь загрязненной территории была примерно 100 х 100 м с уровнями МЭД от 20 до 100 мкР/ч. При этом в почвенно-грунтовой толще радионуклиды проникли в водоносные слои на глубину от нескольких до десятков метров [8, 12]. За последние годы, по данным Госсанэпиднадзора Ивановской обл., радиационная обстановка в данном районе ухудшилась. Причина — наличие в излучине р. Шачи участка с интенсивным подмыванием берега в направлении устья технологической скважины, что приводит к образованию нового русла, приближающегося к территории могильников радиоактивного грунта. В связи с этим возникла опасность их размыва и сноса грунта в речную сеть и далее в Волгу, протекающую примерно в 10 км от объекта. Не исключается также и возможность паводка с затоплением загрязненной территории и частичным сносом поверхностного грунта [6].
Отсюда очевидна необходимость обследования данного объекта для адекватной характеристики его современной радиоэкологической обстановки, оценки степени опасности и необходимости принятия возможных дополнительных мер по консервации места взрыва. Вместе с тем следует подчеркнуть, что имеющиеся в научной литературе данные в основном касаются дозовых нагрузок или уровней МЭД при практически полном отсутствии информации об уровнях загрязнения почв и растительности, а также особенностях миграции основных дозообразующих радионуклидов 137С8 и 908г в системе почва-растение. Для более достоверного представления о современной радиоэкологической ситуации на объекте «Глобус-1» необходима оценка уровня загрязнения почв и доминирующих видов растительности, биологической доступности 137Св и 908г в системе почва-растение, а также запасов радионуклидов в основ-
ных компонентах сформированного здесь биогеоценоза, что явилось целью настоящих исследований.
Объекты и методы исследования
Исследования проводили в 2010—2011 гг. на территории объекта «Глобус-1», расположенного в 4 км от дер. Галкино Кинешемского р-на Ивановской обл., на левом берегу Шачи, — притока Волги 2-го порядка.
Здесь сформирована техногенно нарушенная аллювиальная луговая почва, которая свой нынешний облик приобрела после проведения дезактивацион-ных работ в 1976 г., когда всю загрязненную площадь засыпали чистым грунтом. В настоящее время в профиле данной почвы выделяется плотная дернина, мощностью до 10 см (Аё), и гумусовый горизонт, мощностью до 40 см, темно-серого цвета, сухой, комковатой структуры, средне(тяжело)суглинистого гранулометрического состава; отмечается много ржаво-бурых пятен и прожилок, а также различных включений (гвозди, осколки кирпичей и т.п.). На территории объекта сформировано луговое растительное сообщество, в видовом составе которого в основном преобладают злаки (57%), значительно меньшая часть приходится на разнотравье (26%, в том числе бобовых — 9%) и рудеральные виды (17%).
При полевом обследовании на территории была проведена поисковая дозиметрия с помощью прибора ДРГ 01-Т и выбран наиболее загрязненный участок (25 х 25 м) — на естественном лугу восточнее насыпи. Он был разбит на квадраты со стороной 5 м, в каждом из которых измеряли МЭД и отбирали почвенные образцы из слоев 0—10 (дернина) и 10—20 (гумусовый горизонт) см, а также доминирующие виды луговой растительности. Запасы фитомассы последней определяли методом укосных площадок (£ = = 0,5 х 0,5 м) в 10-кратной повторности, проводили отбор проб воды из исследовательской скважины. Почву и растения высушивали до воздушно-сухого состояния, пробы воды упаривали до нужного объема, затем в подготовленных образцах измеряли удельную активность: 137С8 — на гамма-спектрометрическом комплексе «Прогресс», 908г — на бета-спектрометре комплекса «Прогресс» с радиохимическим приготовлением счетных образцов, согласно стандартной методике [7]. Растительность для определения удельной активности 908г предварительно озоляли; в последующем полученные результаты с помощью коэффициента озоления пересчитывали на единицу массы сухого вещества.
Для определения запасов радионуклидов в общей фитомассе использовали подходы, традиционно применяемые в исследованиях по биологическому круговороту. Запасы корней рассчитывали, применяя известное соотношение органической массы в надземной и подземной частях растений луговых сообществ, — 1/3 [2]. При расчете запасов радионук-
лидов в подземной части считали, что их удельная активность в корнях в два раза превышает таковую в надземной части [13, 14].
Результаты и их обсуждение
В начальный период после аварийного выброса радиационная обстановка на объекте формировалась под действием следующих факторов [6]: 1) выноса на земную поверхность радионуклидов при аварийном истечении газов и аэрозолей из зоны взрыва; 2) выноса радиоактивной буровой жидкости, шлама и пластовой воды в процессе бурения в зону взрыва исследовательских скважин; 3) проведения частичной дезактивации территории путем нанесения слоя песка; 4) выхода воды из двух исследовательских скважин в зону взрыва, консервация которых была осуществлена некачественно.
В настоящее время радиоэкологическая обстановка, как правило, определяется процессами миграции радионуклидов в системе почва—растение [1, 3, 10, 13]. К сожалению, как уже отмечалось, в предшествующий период в районе объекта «Глобус-1» исследования в основном касались оценки объемов загрязненного грунта, динамики мощности уровней экспозиционной и эквивалентной поглощенных доз, а также активности воды и ила из исследовательских скважин [6, 8]. Комплексного исследования миграции радионуклидов в системе почва—растения в данном регионе практически не проводили, поэтому сравнительный анализ изменения радиационной обстановки и результатов работ прошлых лет достаточно затруднен. В настоящих исследованиях мы использовали все имеющиеся данные, в том числе результаты измерения активности воды из исследовательских скважин, проведенные в 2005 г. [6, 12]. По мнению авторов, эта вода по своим радиационным характеристикам (объемная активность 137Св составляет 3,3 ± 0,4; 908г — 2,0 ± 0,2 кБк/л) соответствует категории жидких среднеактивных отходов, поскольку в настоящее время отмечается поступление радионуклидов из центральной зоны взрыва. Вокруг исследовательских скважин отмечается также накопление ила, удельная активность которого доходит до 4 • 104 Бк/кг по 137С8 и 1,5 • 104 Бк/кг по 908г [6]. Это свидетельствует о недостаточно удовлетворительной консервации скважин и нестабильной радиационной обстановке на объекте, которая со временем может ухудшиться вследствие размыва приповерхностного грунта и грунта из могильников и его сноса в речную сеть [8].
Проведенные нами исследования показали, что в пределах участка обследования (110 х 50 м) уровни МЭД варьируют от 21 на насыпи до 546 мкР/ч на устье скважины (102 мкР/ч на высоте 1 м). За пределами этой площади значения МЭД не превышают 15 мкР/ч, а на берегу Шачи и опушке леса они соответствуют фоновым для данной местности (рис. 1).
Рис. 1. Мощность экспозиционной дозы гамма-излучения (мкР/ч) на поверхности почвы
Сравнение результатов данных исследований 2010—2011 гг. с данными прошлых лет свидетельствует об отсутствии улучшения радиационной обстановки. Это также подтверждают показатели уровней загрязнения 137Св и 908г 0—20-сантиметрового слоя почвенной толщи (рис. 2).
Рис. 2. Средние показатели удельной активности почв по 137Сб и 908г
Загрязнение почв данными радионуклидами характеризуется достаточно высокой пространственной неоднородностью, что связано с неравномерным поступлением радионуклидов в ходе аварийного выброса, сложным микрорельефом территории, проведением дезактивационных мероприятий, а в настоящее время, возможно, и поступлением радиоактивно загрязненной воды из исследовательской скважины. Диапазоны колебаний удельной активности 137Св и 908г соответственно составляют в дерновом горизонте — 1,3—6,5 и 0,081—0,743 кБк/кг, в гумусовом горизонте — 1,1—3,5 и 0,125—1,157 кБк/кг. При этом максимальные показатели удельной активности 137Св отмечены в дернине (Аё), что свидетельствует о его аккумуляции здесь вследствие биогеохимической миграции. 908г, напротив, в большей степени накапливается в гор. А, что связано с более высокой подвижностью и выносом радионуклида из верхних в нижележащие слои.
В целом, по данным наших исследований, плотность загрязнения исследуемых почв по 137Св в слое 0—20 см составляет 70,4 кБк/м2, при этом максимальные запасы данного радионуклида (59,3%) отмечаются в гор. Аё. Плотность загрязнения почвы по 908г достигает 14,74 кБк/м2, а его максимальные запасы, в отличие от 137Св, наблюдаются в гор. А1 (60,8%). Таким образом, радиоактивное загрязнение почв на объекте «Глобус-1» в основном определяется 137Св.
Напротив, загрязнение растительности в большей степени обусловлено 908г. Как показали результаты наших исследований, удельная активность надземной части отдельных видов растений по 137Св колеблется от 46,0 до 437,0 Бк/кг, а по 908г — от 62,0 до 731,0 Бк/кг (табл. 1). Это вполне закономерно, поскольку доступность 908г со временем изменяется не столь значимо по сравнению с 137Св [1, 2, 13], о чем также свидетельствуют величины коэффициентов его перехода (КП) в растения. Расчеты показали, что КП 908г (28,13 Бк/кг:кБк/м2) в надземную фитомассу луговой растительности (средневзвешенный показатель) почти на порядок выше, чем у 137Св, а по частным определениям для отдельных видов эти различия достигают 5—60 раз (табл. 1).
Ранжирование отдельных видов луговой растительности по накоплению ими радионуклидов показало, что максимальной аккумулирующей способностью по отношению к 137Св характеризуются мать-и-мачеха, а также полынь горькая, а по отношению к 908г — мать-и-мачеха, клевер гибридный и бодяк полевой. Данные виды можно использовать в качестве индикаторов загрязнения при проведении радиоэкологического мониторинга на объекте «Глобус-1».
В связи с тем, что территория «Глобус-1» находится вблизи населенного пункта (дер. Галкино), здесь, несмотря на запрет, возможно сенокошение и выпас скота, поэтому нами была проведена проверка загрязнения растительности на соответствие нормативам по удельной активности радионуклидов в кор-
Таблица 1
Накопление 137сб и 908г различными видами луговой растительности
Вид растений Фитомасса, г/м2 137С8 908г
удельная активность, Бк/кг КП, Бк/кг: кБк/м2 удельная активность, Бк/кг КП, Бк/кг: кБк/м2
Бедренец камнеломковый 21,47 130 1,85 140 23,94
Бодяк полевой 5,2 169 2,40 731 124,42
Горошек мышиный 32,53 155 2,20 181 30,80
Клевер гибридный 5,33 49 0,70 501 85,34
Мать-и-мачеха 20,4 312 4,43 720 122,59
Мятлик луговой 153,2 191 2,71 166 28,15
Осока мохнатая 7,6 63 0,89 62 10,52
Полынь горькая 9,6 437 6,21 171 29,10
Пырейник собачий 25,33 46 0,65 112 19,06
Тимофеевка луговая 61,89 220 1,63 189 32,16
Прочие виды 81,20 178 2,52 310 52,78
Надземная фитомасса 423,75 221 3,14 419 28,13
Подземная фитомасса 1271,25 442 — 838 —
Общая фитомасса 1695,00 386,75 — 718,25 —
Примечание. КП — коэффициент перехода (КП = удельная активность радионуклида в биоте, Бк/кг : плотность загрязнения почв, кБк/м2).
мах для сельскохозяйственных животных. Согласно [5], в РФ установлены контрольные уровни (КУ) нахождения 137С8 и 908г в кормах и кормовых добавках. Сравнение результатов измерений с КУ для грубых кормов показало, что удельная активность 908г в сухой массе растительности (сено) превышает его более чем в 4 раза; активность 137С8 находится в пределах нормы. При пересчете на сырую (зеленую) массу активность 908г также в 5 раз превышает КУ, а активность 137С8 остается в пределах нормы (табл. 2). В этой связи возникает необходимость принятия дополнительных мер по ограничению использования сухих и зеленых кормов с территории объекта.
Таблица 2
Уровни загрязнения сухих и зеленых кормов на территории объекта «Глобус-1»
Радионуклид Активность в надземной биомассе, Бк/кг Контрольный уровень (КУ), Бк/кг Кратность превышения КУ
Сухие корма (сено)
137С8 221 600 0,4
908г 419 100 4,2
Зеленые корма (травы естественные, сеянные и др.)
137С8 130 370 0,4
908г 246 50 4,9
На объекте «Глобус-1» нами было проведено определение запасов 137С8 и 908г в фитомассе луговой растительности. Они составляют для 137С8 — 0,655 и для 90 8г — 1,22 кБк/м2, при этом основной процент сосредоточен в корнях растений. Расчет вклада почвы и растительности в суммарное загрязнение 137С8 и 908г лугового БГЦ показал, что на современном этапе он существенно различается: для 137С8 вклад растительности составляет всего 0,9%, для 908г — в 8,5 раза выше (табл. 3).
Определение объемной (удельной) активности радионуклидов в воде исследовательской скважины показало, что активность 908г более чем в 4 раза превышает аналогичный показатель для 137С8. По своим радиационным характерис-
Таблица 3
Вклад растительности в суммарное загрязнение лугового БГЦ на территории объекта «Глобус-1»
Компонент БГЦ 137С8 908г
кБк/м2 % кБк/м2 %
Почва 70,40 99,1 14,74 92,3
Растительность 0,65 0,9 1,22 7,7
Суммарный запас 71,05 100,0 15,96 100,0
тикам эта вода ранее была отнесена к категории жидких среднеактивных отходов (РАО) [13]. Как известно, к РАО относятся не подлежащие дальнейшему использованию вещества, материалы, смеси, изделия, удельная активность техногенных радионуклидов в которых превышает минимально значимую удельную активность (МЗУА), равную единице [5]. Проверка на возможность отнесения воды из скважины на объекте «Глобус-1» к радиоактивным отходам показала для 908г, согласно [9], МЗУА равен 100, для 137С8 — 10 Бк/г (табл. 4).
Сумма отношений удельных активностей техногенных радионуклидов (с учетом погрешностей) к их МЗУА практически равна единице. Это позволяет считать воду из исследовательской скважины жидким радиоактивным отходом. Исходя из вышеизложенного, можно заключить, что поступление радиоактивно загрязненной воды из скважины на дневную
Таблица 4
Проверка на возможность отнесения воды из исследовательской скважины к жидким радиоактивным отходам
поверхность противоречит действующим в РФ нормативам в области обращения с РАО [11].
Заключение
В настоящее время радиоэкологическая обстановка на территории объекта МЯВ «Глобус-1» по-прежнему значимо отличается от таковой на фоновых участках и определяется в основном процессами миграции радионуклидов в системе почва-растение, а также, возможно, локальным поступлением загрязненной воды из исследовательских скважин.
На площади 50 х 110 м уровни МЭД колеблются от 21 до 546 мкР/ч с максимальными показателями на устье буровой исследовательской скважины и минимальными — на насыпи грунта, перекрывающего ее. Радиоактивное загрязнение почв на территории объекта в большей степени определяется 137С8, в то время как растительности — 908г, вследствие чего долевой вклад этого компонента в суммарное загрязнение лугового биогеоценоза существенно различается: для 137Св он составляет 0,9, для 908г — 7,7%, что указывает на более высокую интенсивность миграции стронция по отдельным звеньям трофической цепи.
Повышенная удельная активность 908г в воде исследовательской скважины, которая, возможно, является источником вторичного загрязнения прилегающих к ней локальных участков, а также высокое накопление этого радионуклида в луговой растительности предопределяют необходимость введения дополнительных мер по предотвращению поступления воды из скважины, по запрету на использование сена и сырых кормов с территории объекта и организации здесь постоянного радиоэкологического мониторинга. При этом в качестве видов-индикаторов радиоактивного загрязнения могут быть рекомендованы таковые с удельной активностью 137Св и 908г более 300 Бк/кг, в частности мать-и-мачеха.
Радионуклид Удельная активность воды, Бк/г МЗУА [9], Бк/г Отношение удельной активности к МЗУА Максимальное отношение удельной активности к МЗУА с учетом погрешности
90Sr 27,55 ± 2,86 100 0,28 0,30
137Cs 6,217 ± 0,65 10 0,62 0,69
Сумма - - 0,90 0,99
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Алексахин P.M. Радиоактивное загрязнение почвы и растений. М., 1963.
2. Базилевич Н.И., Титлянова А.А, Смирнов В.В. и др. Методы изучения биологического круговорота в различных природных зонах. М., 1978.
3. Гулякин И.В., Юдинцева Е.В. Радиоактивные продукты деления в почве и растениях. М., 1962.
4. Израэль Ю.А. Мирные ядерные взрывы и окружающая среда. Л., 1974.
5. Инструкция о радиологическом контроле качества кормов № 13-7-2/216 от 1 декабря 1994 г., утвержденная Главным государственным ветеринарным инспектором России.
6. Лопатин В.В, Ильичев В.А, Касаткин В.В. и др. Защитные мероприятия по ликвидации последствий аварии на объекте подземного ядерного взрыва Глобус-1 в Ивановской области // Радиоактивность при ядерных взрывах и авариях. Т. 2. СПб., 2006.
7. Макаренкова И.И, Ермилов А.П. Методика приготовления счетных образцов проб почвы для измерения активности стронция-90 на бета-спектрометрических комплексах с пакетом программ «Прогресс». М., 1997.
8. Мясников КВ., Касаткин В.В, Ильичев В.А., Аху-нов В.Д. Аварийные ситуации на объектах мирных ядерных взрывов в России // Радиоактивность при ядерных взрывах и авариях. Т. 1. СПб., 2000.
9. Нормы радиационной безопасности (НРБ 99/2009).
10. О поведении радиоактивных продуктов деления в почвах, их поступлении в растения и накоплении в урожае / Под ред. В.М. Клечковского. М., 1956.
11. Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности (0СП0РБ-99/2010).
12. Современная радиоэкологическая обстановка в местах проведения мирных ядерных взрывов на территории Российской Федерации / Под ред. В.А. Логачева. М., 2005.
13. Щеглов А.И. Биогеохимия техногенных радионуклидов в лесных экосистемах. М., 2000.
14. Щеглов А.И., Цветнова О.Б. Распределение радионуклидов чернобыльского выброса в древесине и корнях сосны обыкновенной // Лесное хозяйство. 1998. № 4.
15. Ядерные испытания СССР / Под ред. В.Н. Михайлова. Т. 3, 4. Саров. 2000.
Поступила в редакцию 21.04.2012
MODERN RADIOECOLOGICAL SITUATION AT THE SITE "GLOBUS-1"
O.B. Tsvetnova, M.N. Aleksandrov, A.I. Shcheglov
The article is dedicated to analysis of modern radioecological situation at the site of peaceful nuclear explosion "Globus-1" in Ivanovo region. It was shown variability of ionizing radiation background, specific activity 137Cs and 90Sr into 0—20 cm soil layer and dominant species of meadow vegetation near site of explosion. Higher levels of 90Sr activity in plants and water from research well were determinated. Levels of 137Cs activity did not exceed the established norms.
Key words: peaceful nuclear explosion, "Globus-1", contamination, 137Cs, 90Sr, soil, plant, distribution.
Сведения об авторах
Цветнова Ольга Борисовна, канд. биол. наук, ст. науч. сотр. каф. радиоэкологии и экотоксикологии ф-та почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова. Тел./факс: 8 (495) 939-22-11; e-mail: [email protected]; [email protected]. Александров Михаил Николаевич, аспирант каф. почвоведения ДВФУ. Владивосток. Тел./факс: 8 (495) 939-22-11; e-mail: [email protected]. Щеглов Алексей Иванович, докт. биол. наук, профессор, зав. каф. радиоэкологии и экотоксикологии ф-та почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова. Тел./факс: 8 (495) 939-22-11; e-mail: [email protected].
