CC BY
89
БІЯЛОГІЯ
15
УДК 574.41.5:539.163
А. П. Голубев, В. Г. Сикорский, В. Н. Калинин, А. В. Раздорских
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ РАДИОАКТИВНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ЭКОСИСТЕМ ВОДОЕМОВ БЕЛОРУССКОГО СЕКТОРА ЗОНЫ ЧАЭС
В статье проанализированы данные по радиоактивному загрязнению Белорусского сектора зоны ЧА ЭС за последние годы.
Приведено объяснение межгодовых колебаний радиоактивности экосистем исследованных водоемов.
Введение
Авария на ЧАЭС привела к радиоактивному загрязнению обширных регионов восточной части Полесской низменности. В 30-километровой зоне отчуждения ЧАЭС оказались значительные площади бассейнов рек Припяти и Днепра с их притоками, пойменные озера, болота, водохранилища и мелиоративные каналы. Поступившие в водоемы техногенные радионуклиды сконцентрировались преимущественно в донных отложениях и макрофитах и в значительно меньшей степени -в водной толще, зоопланктоне и зообентосе [1], [2], [3].
За послеаварийный период уровни радиоактивного загрязнения наземных и водных экосистем зоны ЧАЭС, преимущественно вследствие естественного распада радионуклидов, значительно снизились, однако в отдельных водоемах они остаются еще очень высокими. Наряду с этим в последние годы в поверхностных слоях почвы на фоне снижения активности основных дозообразующих радионуклидов 90Sr и 137 Cs отмечается рост активности трансурановых элементов, в первую очередь 241Am - дочернего продукта распада 241Pu [4]. Это дает основание прогнозировать наступление третьего, после «йодного» и «цезиевого», «америциевого» этапа эволюции радиоактивного загрязнения зоны ЧАЭС. Однако определение активности трансурановых элементов в водоемах белорусского сектора зоны ЧАЭС до последних лет вообще не проводилось.
В 2005-2008 гг. нами проведены исследования уровней активности наиболее массовых радионуклидов (90Sr, 137Cs, 241Am и др.) в экосистемах водоемов ближней зоны ЧАЭС -в затоке Припяти, в озере Персток и в Борщевском затоплении. Все водоемы находятся на расстоянии 15-20 км от ЧАЭС. Для первых двух водоемов настоящая работа явилась продолжением радиоэкологических исследований, выполняемых нами начиная с 1986 г. [3].
Характеристика модельных водоемов. Затока Припяти расположена на левом берегу реки, у бывшей паромной переправы, между деревнями Красноселье и Довляды. Затока находится в неглубокой котловине, ее левый берег выше и круче правого. Дно у левого берега, круто уходящее вниз, на большом протяжении сопряжено с береговым склоном. Берега покрыты древеснокустарниковой растительностью, в которой доминируют разные виды ивы и ольха черная.
Припять в низовьях характеризуется значительными (до 5-7 м) сезонными и многолетними колебаниями уровня воды. Обычно преобладающая часть годового стока (до 60%) формируется в марте-мае. Это обусловлено таянием снегов, что приводит к весеннему половодью и затоплению обширных участков низменной заболоченной поймы. Поэтому максимальный годовой уровень воды обычно наблюдается в период весеннего половодья, а минимальный - в конце лета - начале осени.
Озеро Персток находится в пойме Припяти, в 2 км от ее русла, вблизи деревни Масаны. Ложе озера вытянуто в меридиональном направлении. Северо-восточный берег высокий, песчаный, поросший сосной; юго-западный берег низкий, заболоченный, порос лиственными деревьями и кустарниками. Озеро непроточно, лишь иногда в периоды очень высоких паводков в него с юго-запада проникают воды Припяти.
Питание озера осуществляется преимущественно за счет паводковых и грунтовых вод, а также атмосферных осадков. Поэтому после малоснежной зимы и (или) в жаркое засушливое лето урез воды может отступать на 6-9 м от среднего многолетнего уровня, обнажая широкую литоральную зону. В засушливом 2002 г. батиметрические характеристики озера были следующими: длина - 1 450 м, максимальная ширина - 98 м, средняя ширина - 62 м; площадь водного зеркала -0,9 км2, максимальная глубина - 1,6 м.
Борщевское затопление представляет водоем, вытянутый с северо-запада на юго-восток на 16,7 км. На северо-западе оно начинается западнее плотины, на Погонянском канале между деревнями Масаны и Борщевка, а на юго-востоке достигает окрестностей деревни Чемков. Сток из затопления находится в его юго-восточной оконечности, вода по понижениям рельефа поступает в мелиоративную систему Украины вблизи деревни Машево. Затопление начало
16
ВЕСНІК МДПУ імя І. П. ШАМЯКІНА
формироваться в 1990-х годах в результате снижения пропускной способности находящейся в этом районе сети мелиоративных каналов. В первую очередь в зону затопления попали мелиоративные каналы, заболоченные участки и тальвеги ложбин стока.
Затопление оконтурено изогипсой с абсолютной высотой около 110 м. По данным 2000 г., его средняя площадь составляет около 1100 га. Максимальные глубины, достигающие в межень 1,5—2,1 м, приурочены к руслам мелиоративных каналов; в затопленных понижениях рельефа глубины, как правило, не превышают 0,5—1,1 м. В половодье уровень воды повышается незначительно - от 0,2 до 0,8 м. Прозрачность воды - не более 1,1 м. Берега не сформированы, местами заторфованы, поросли ивой, ольхой черной, березой, а на возвышенностях - сосной. Водоем зарастает преимущественно тростником южным, рогозом и ежеголовником; зарастание идет от берегов каналов и дамб. Водное зеркало на мелководьях на 30-35% покрыто ряской трехдольной, водокрасом обыкновенным, рдестами блестящим и плавающим, в восточной части появились сальвиния плавающая и кувшинка белая. В 2006 г. в затоплении началось массовое развитие телореза алоэвидного, который образует «острова» в открытой части по всей акватории. Погруженные макрофиты представлены урутью колосистой, элодеей канадской, рдестом узколистным, блестящим и сердцевидным. Проективное покрытие растений на разных участках доходит до 50-75%.
Материал и методы. Во всех водоемах исследования проведены в конце июня - начале июля. Пробы донных грунтов отбирали на расстоянии 30-50 см от уреза воды на глубине 20-30 см с помощью стандартного пробоотборника поршневого типа диаметром 43 мм. Отбирали колонки грунта на глубине первых 5 см от поверхности, поскольку в этом слое концентрируется до 90-95% радионуклидов, находящихся в донных отложениях [5]. На каждую пробу отбирали 4-5 колонок, чтобы общий объем грунта составлял приблизительно 500 см3. В затоке Припяти и в озере Персток пробы отбирали в двух биотопах: 1) с песчаными грунтами и слабым развитием макрофитов; 2) с илистыми грунтами и значительным развитием макрофитов. В Борщевском затоплении пробы отбирали вблизи затопленного русла мелиоративного канала, в биотопе, близком по характеристикам к биотопу 1 в вышеназванных водоемах. В местах отбора проб грунта на расстоянии 3-4 м от берега брали пробы воды (вместе с сестоном).
В водоемах отбирали доминирующие формы биоты - моллюсков большого прудовика Lymnaea stagnalis и живородки Viviparus viviparus, доминирующих видов макрофитов и рыб. Активность радионуклидов в биоте измеряли в день отбора. Пробы биоты гомогенизировали посредством механического раздавливания (моллюски) и разрезания на мелкие фрагменты (растения и рыбы). Пробы донных отложений доводили до воздушно-сухой массы посредством просушивания их на солнце в течение 2-3 суток.
Активность 90Sr и 137Cs определяли на гамма-бета-спектрометре МКС-АТ1315. Детектором у-излучения в нем является сцинтилляционный блок с кристаллом NaI(Tl) 063 х 63 мм, детектором р-излучения - сцинтилляционный блок с пластмассовым сцинтиллятором 0128 х 8 мм. Спектрометр обеспечивает регистрацию спектра у- и p-излучения в диапазоне энергий соответственно 50-3000 и 150-3500 кэВ. Относительное энергетическое разрешение детектора у-излучения для линии с энергией 661,6 кэВ составляет 8 ± 0,2%. Предел допустимой основной относительной погрешности измерения активности радионуклидов в диапазоне энергий у-излучения 50-3000 кэВ (спектрометрический метод) и удельной активности радионуклидов 137Cs и 90Sr (радиометрический метод) при доверительной вероятности 0,95 не превышает ±20%.
Активность остальных радионуклидов (134Cs, 154Eu, 155Eu, 241 Am) изменяли на гамма-спектрометре Canberra, имеющем многоканальный анализатор DSA-1000 и коаксиальный детектор из особо чистого германия с композитным углеродным окном. Детектор с относительной эффективностью 50% позволяет измерять спектр рентгеновского и у-излучения в диапазоне от 20 КэВ до 2 МэВ. Для снижения помех от фонового излучения детектор помещен в свинцовый защитный блок модели 747Е массой около 1 т. Внутреннюю защиту измерительной камеры обеспечивает кадмиево-медный экран.
Результаты исследования и их обсуждение
В послеаварийный период уровни активности донных грунтов и воды в затоке реки Припяти и в озере Персток показали четкую тенденцию к снижению на фоне значительных, но незакономерных межгодовых колебаний [3]. В целом уровни активности донных отложений в обоих водоемах значительно ниже, чем в первые годы после аварии. Так, в 1992 г. активность 137Cs в грунтах затоки Припяти и Перстка была вполне сопоставимой - соответственно до 1770 и 3 700 кБкм-2 В 2007-2008 гг. этот показатель в затоке снизился практически до естественного (доаварийного) уровня, тогда как в озере в 2005-2008 г. он оставался весьма высоким -в пределах 173-2 162 кБкм-2 (таблица 1).
БІЯЛОГІЯ
17
Таблица 1 - Динамика радиоактивного загрязнения модельных водоемов зоны ЧАЭС в 2004-2008 гг. (числитель - биотоп 1; знаменатель - биотоп 2)
Радионуклид 2004 2005 2006 2007 2008
Донные отложения, кБк м 2
Озеро Пе рсток
90Sr -* / -* -* / 198 <1,9 / <6,9 -**/338 -** / 1 017
137Cs 678 / 1 975 308 / 942 136 / 1 099 -**/173 -** / 2162
Затока Припяти
90Sr -** / -** -** / 45 17,3 / 10,7 -** -* / 5,8
137Cs 48,5 / 46,8 314 / 111 24,9 / 63,2 -** -**
Вода вместе с сестоном, Бк л 1
Озеро Пе рсток
90Sr 3,1 / 13,4 -* / -* 9,2 / 10,9 -* / -* -* / 7,0
137Cs 19,3 / 13,9 9,5 / 11,9 -* / -* -* / 5,8 -* / 6,0
Затока Припяти
90Sr 21,2 / 24,3 -* / -* -* / 18,6 -** -* / -*
137Cs 5,0 / 4,8 -* / -* -* / 0,9 -* / -* -* / -*
Примечание - * - ниже минимально детектируемой активности; ** - не определяли.
При этом в донных отложениях всех исследованных водоемов активность 137Cs значительно выше, чем 90Sr (таблица 2).
Таблица 2 - Активность отдельных радионуклидов (кБкм-2) в донных отложениях модельных водоемов зоны ЧАЭС в 2008 г.
Радионуклид Борщевское затопление Озеро Персток
K-40* 110,0 ± 26,6 76,0 ± 40,8
K-40** -*** 26,4 ± 4,25
Cs-134** 0,30 ± 0,05 1,07 ± 0,24
Cs-137* 707,2 ± 7,37 2 174,8 ± 10,1
Cs-137** 780,9 ± 45,2 2 149,0 ± 12,0
Sr-90* 22,3 ± 12,7 1 016,6 ± 20,8
Eu-154** 2,20 ± 0,75 8,59 ± 0,64
Eu-155** 0,83 ± 0,29 2,56 ± 0,79
Am-241** 12,8 ± 1,50 40,0 ± 4,55
Примечание - * - определение на гамма-бета-спектрометре МКС-АТ1315; ** - определение на анализаторе Canberra; *** - ниже минимально детектируемой активности.
Это обусловлено разной подвижностью обоих радионуклидов в среде, а также наличием в ближней зоне ЧАЭС так называемых «цезиевых пятен».
Основными факторами снижения радиоактивности донных грунтов в обоих водоемах является естественный распад радионуклидов, а в затоке Припяти - также их вынос течением воды в главное русло. Более медленное снижение активности донных отложений в непроточном озере Персток обусловлено тем, что распад радионуклидов здесь в определенной степени компенсируется их постоянным поступлением с прибрежных территорий.
Для водоемов зоны ЧАЭС установлена положительная корреляция между активностью 137Cs в моллюсках и в донных отложениях [3]. Поэтому нынешний уровень радиоактивного загрязнения биоты озера Персток хотя и уменьшился на 1-2 порядка по сравнению с 1986-1990 гг., но остается еще достаточно высоким (таблица 3). Напротив, радиоактивное загрязнение биоты в затоке Припяти у-излучателями (137Cs и др.) снизилось практически до естественного уровня, который для пресноводного зообентоса не превышает 4-8 Бккг-1 [6]. Межгодовые колебания радиоактивности экосистем исследованных водоемов обусловлены многими причинами. В почвенном покрове прибрежных террас водоемов сохраняются значительные запасы радионуклидов, распределение которых отличается мозаичностью. Поэтому одной из основных причин многолетних колебаний активности донных грунтов в прибрежной зоне водоемов и их биоты являются изменения положения береговой линии, вызванные многолетними и сезонными колебаниями уровня воды [3].
18 ВЕСНІК МДПУ імя І. П. ШАМЯКІНА
Таблица 3 - Динамика активности биоты модельных водоемов зоны ЧАЭС (Бккг-1 сырой массы) в 2004-2008 гг.
Водоем Радионуклид Большой прудовик Живородка Макрофиты Рыба
2004
Припять 90sr 123,4 85,7 -** -**
137cS 39,2 25,2 -** -**
Персток 90Sr 22 195 7 055 -** -**
137CS 567,8 541,7 -** -**
Борщевское 90Sr -** -** -** -**
затопление 137Cs -** -** -** -**
2005
Припять 90sT 168,2 125,3 62,8 56,6-89,3
137CS -* 15,5 54,1 257-318
Персток 90Sr 17 665 13 844 2 191 862
137Cs 979,0 1 638 2 634 6 681
Борщевское 90Sr -** -** -** -**
затопление 137Cs -** -** -** 392-2 772
2006
Припять 90Sr 5,5 125-140,0 19,2 -**
137CS 16,0 22,0-33,0 89,1 -**
Персток 90Sr 16 272 295,6 <687 -**
137Cs 518 22,5 456-8 592 -*
Борщевское 90Sr -** -** -** 2 497-2 960
затопление 137Cs -** -** -** 976-3 387
2007
Припять 90Sr -** -** -** -**
137Cs -** -** -** 23-1 855
Персток 90Sr 18 938 -** 9200-11 148 -**
137Cs 625 -** 1 224-4 055 365-20 013
Борщевское 90Sr -** -** -** -**
затопление 137Cs -** -** -** 835-6 550
2008
Припять 90Sr -* 169,7 52,4 -**
137Cs -* 17,3 6,3 -**
Персток 90Sr -** -** 2 841-3 900 -**
137Cs -** -** 493-812 -**
Борщевское 90Sr -** -** -** -**
затопление 137CS -** -** -** 1 068-2 974
Примечание - * - ниже минимально детектируемой активности; ** - не определяли.
Значительное воздействие на уровни активности радионуклидов в разных компонентах непроточных водных экосистем оказывает также их миграция в направлениях «донные отложения ^ вода ^ биота». Так, с 2007 г. отмечается увеличение уровня активности донных отложений озера Персток. В этот период отмечено массовое развитие в пелагиали озера телореза алоэвидного, что увеличило буферную емкость сообщества макрофитов для 90Sr и 137 Cs и способствовало увеличению их депонирования. В осенне-зимний период преобладающая часть депонированного пула радионуклидов с отмершей биомассой макрофитов переходит в донные отложения, а остаток - в воду. В следующий сезон вегетации эти радионуклиды вновь вовлекаются в биотический круговорот. Наряду с этим интенсификация фотосинтеза у одноклеточных водорослей и погруженных макрофитов в летний период приводит к увеличению рН водной толщи, что способствует росту перехода 90Sr и 137Cs в нерастворенное состояние с последующим осаждением их в донные отложения [7].
По мере развития погруженных и плавающих макрофитов и уплотнения зарослей полупогруженной растительности ухудшается кислородный режим прибрежной зоны водоема, в ней накапливаются значительные количества органических веществ и биогенных элементов. Массовое развитие плавающих макрофитов в озере Персток негативно сказалось и на сообществе зообентоса. Так, за последние два года численность популяции большого прудовика здесь снизилась до критического уровня, а в 2008 г. в местах отбора проб встречались лишь единичные особи. Если подобная тенденция сохранится, можно прогнозировать полное исчезновение данного вида, прежде доминировавшего в сообществе зообентоса. Это приведет к снижению значения данного сообщества в процессах биогенной миграции радионуклидов в озере Персток.
БІЯЛОГІЯ
19
В 2008 г. в донных отложениях озера Персток и Борщевского затопления еще отмечалась незначительная активность короткоживущих радионуклидов 134Сб, 154Eu и 155Eu (периоды полураспада соответственно 2,1; 8,6 и 4,8 года). Наряду с этим, в донных отложениях указанных водоемов зарегистрирована достаточно высокая активность долгоживущего 241 Ат (период полураспада -458 лет). В донных отложениях затоки Припяти, а также в водной толще и биоте всех водоемов указанные радионуклиды не отмечены (таблица 2). В будущем в экосистемах водоемов ближней зоны ЧАЭС наряду со снижением активности основных дозообразующих (137Cs, 90Sr) и полным исчезновением короткоживущих радионуклидов следует ожидать роста активности долгоживущего Ат.
Выводы
Таким образом, в настоящее время Персток продолжает оставаться наиболее загрязненным радионуклидами водоемом в белорусском секторе зоны ЧАЭС, тогда как уровень радиоактивного загрязнения в затоке Припяти приближается к доаварийному состоянию. Борщевское затопление имеет промежуточный уровень радиоактивного загрязнения.
В послеаварийный период на значительной части территории зоны ЧАЭС наблюдается интенсивный процесс вторичного подтопления и заболачивания. В почвенном покрове окрестностей исследованных водоемов сосредоточены значительные запасы 241 Ат. Так, в верхнем слое почвы окрестностей деревни Масаны содержание 241 Ат в настоящее время в среднем составляет 300-400 Бккг-1 при максимальных значениях более 600 Бккг-1 [8]. По нашим данным, аналогичные показатели для донных грунтов озера близлежащих водоемов - озера Персток и Борщевского затопления - составляют соответственно 324 и 131 Бккг-1.
Запасы 241 Ат в почвенном слое неизбежно перейдут в донные отложения обводняемых территорий. Подвижность радионуклидов в водной среде значительно выше, чем в почве. Это способствует быстрому включению 241 Ат в трофические сети образовавшихся водоемов и его выносу околоводными животными (напр., водоплавающими птицами) в наземные биотопы, в т. ч. находящиеся за пределами зоны ЧАЭС. Наряду с этим 241 Ат, для которого характерен а-распад, может стать важным дозообразующим фактором для водных организмов при внутреннем облучении.
Поэтому представляют особый интерес Борщевское затопление как полигон для исследований миграции радионуклидов в формирующихся водных экосистемах в ближней зоне ЧАЭС и значения их биоты в этих процессах.
Работа выполнена при поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (проект № Б07М - 152).
Литература
1. Распределение радионуклидов по основным компонентам озерных экосистем зоны отчуждения Чернобыльской АЭС / Д. И. Гудков [и др.] // Радиационная биология. Радиоэкология. - 2005. - Т. 45, № 3. - С. 271-280.
2. Голубев, А. П. Функциональная роль брюхоногих моллюсков в процессах миграции радионуклидов в водоемах белорусского сектора зоны отчуждения ЧАЭС / А. П. Голубев, В. Ю. Афонин, В. Н. Калинин // Проблеми радіацііноі медицини та радіобіологіі (Киев). - 2005. - Вип. 11. - С. 502-508.
3. Динамика радиоактивного загрязнения экосистем разнотипных водоемов белорусского сектора зоны отчуждения Чернобыльской АЭС / А. П. Голубев [и др.] // Радиационная биология. Радиоэкология. -2007. - Т. 47, № 3. - С. 322-332.
4. Научное решение чернобыльских проблем (основные итоги 2001 года) / Комитет по проблемам последствий катастрофы на Чернобыльской АЭС при Совете Министров Республики Беларусь, Респ. науч.-исслед. унитарное предприятие «Институт радиологии». - Минск, 2002. - 44 с.
5. Евдокимов, В. Н. Многолетняя динамика радионуклидов в донных отложениях озера Персток (10-км зона ЧАЭС) / В. Н. Евдокимов, К. М. Киреенко, В. С. Пискунов // Экологические проблемы Полесья и сопредельных территорий. - Гомель, 2000. - С. 34-35.
6. Сытник, Ю. М. Накопление стронция-90 и цезия-137 в экосистеме Килийской бухты Дуная : автореф. ... дис. канд. биол. наук : 03.00.18 / Ю. М. Сытник ; Ин-т. гидробиологии АН Украины. - Киев, 1992. - 20 с.
7. Чистик, О. В. Радиоэкология : курс лекций / О. В. Чистик. - Минск : МГЭУ им. А. Д Сахарова, 2007. - 128 с.
8. Подходы к проведению картирования территории Полесского государственного радиационноэкологического заповедника / О. М. Галочкина [и др.] // Экологический вестник. - 2008. - № 1(4). - С. 31-38.
Summary
The given article analyses the data of Belarusian nuclear pollution in the Chernobyl nuclear accident zone for the last years and explaines the radio-activity Interannual fluctuations of ecosystems of the investigated reservoirs.
Поступила в редакцию 30.03.09.
