Сетевое издание

Современные проблемы науки и образования

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

Введение

Определение естественной радиоактивности территорий и почв населенных и природных районов необходимо для выявления зон с повышенным уровнем содержания радионуклидов, оценки поступления радиоактивных веществ в растения и грунтовые воды, а также для расчета поглощенной дозы облучения населения.

Изучению вертикального распределения естественных радионуклидов (ЕРН) в различных почвах посвящен ряд исследований [3-7 и др.]. Основное внимание уделяется формированию дозы излучения на поверхности почвы за счет ЕРН [5], оценке радионуклидных отношений для определения нарушения радиоактивного равновесия в зонах с повышенным естественным фоном [8], использованию некоторых ЕРН (например, 210Pb) в качестве одного из маркеров индикации эрозионно-аккумулятивных процессов [2] и для оценки радоноопасности территорий и объектов [4; 7].

Данная работа является продолжением комплекса исследований, проводимых в Южном федеральном университете по определению содержания ЕРН в почвах, породах, грунтах, воде и воздухе различных районов Северного Кавказа для оценки изменений в уровнях фона из-за различных природных геологических процессов или техногенных влияний на экосистемы, а также с целью создания карт территориального и временного распределения ЕРН данной местности.

Материалы и методы исследования

Ростовская область расположена в южной части Восточно-Европейской равнины и частично в Северо-Кавказском регионе, занимая речной бассейн Нижнего Дона. Максимальная высота над уровнем моря – 253 м. Участки контроля выбирались на целинных и залежных почвах природных и урбанизированных территорий, в том числе в 30-километровой зоне расположения Ростовской АЭС и вокруг Новочеркасской ГРЭС. Объектами исследований являлись основные типы почв Ростовской области: каштановые, черноземы обыкновенные карбонатные, луговато-каштановые и аллювиальные преимущественно тяжело- и легкосуглинистого гранулометрического состава. Было проанализировано более 1000 образцов почв и грунтов из 130 прикопок (глубина 45 см), отобранных в Волгодонском, Азовском, Аксайском, Цимлянском, Зимовниковском, Дубовском и Родионово-Несветайском районах Ростовской области в экспедициях 2000-2011 гг. Пробы почвы из каждой прикопки отбирались послойно по следующим глубинам: 0-1, 1-3, 3-5, 5-10, 10-15, 15-25, 25-35, 35-45 см.

Для оценки содержания удельной активности (Ауд) ЕРН в почвах использовалась радиометрическая низкофоновая установка РЭУС-II-15 (Россия) на основе коаксиального полупроводникового детектора из особо чистого германия (GeНР) с эффективностью 25% в диапазоне 13–1500 кэВ, отношением пик/комптон 51,7:1 (модель 7229N-7500sl-2520, Canberra Corporate Headquarters, Франция).

Удельную активность 226Ra определяли по продуктам распада 222Rn: 214Pb [по фотопикам 295,2 кэВ (18,9%) и 352,6 кэВ (36,3%)] и 214Bi [по фотопику 609,3 кэВ (45,5%)] в условиях их радиоактивного равновесия с 222Rn; для оценки содержания 226Ra результаты по трем фотопикам усредняли. 238U определяли следующим образом: по удельной активности 226Ra вычисляли его вклад в площадь фотопика 186,0 кэВ (3,25%), из полной площади фотопика 186 кэВ вычитали вклад 226Ra и оценивали часть площади фотопика 186 кэВ, соответствующей 235U. 210Pb определяли по фотопику 46,5 кэВ (4,05%).

232Th в природных объектах в основном находится в радиоактивном равновесии с радионуклидами его семейства 228Ac, 212Pb и 208Tl, по которым можно определять удельные активности как 232Th, так и 224Ra. Содержание 228Ac в почвах определяли по трем его фотопикам 338,3 кэВ (12,4%), 911,2 кэВ (27,7%) и 969,6 кэВ (17,3%). 212Pb – по фотопику 238,6 кэВ (44,6%), 208Tl – по фотопику 583,2 кэВ (84,6%). Удельную активность 40К определяли по фотопику 1460,8 кэВ (10,4%).

Методики отбора и подготовки проб почв применялись стандартные с использованием счетных геометрий Маринелли 1,0 л, Дента 0,02 л (диск Ø=63 мм, h=7 мм) и временем набора гамма-спектров не более 24 ч. Погрешность определения радионуклидов составляет 10-25%.

Результаты исследования и их обсуждение

Содержание 238U во всех изучаемых типах почвы Ростовской области варьирует в пределах от 1,8 до 240,3 Бк/кг при среднем содержании 46,2 Бк/кг (рис. 1а). Дочерние продукты распада 238U в почвах Ростовской области варьируются в следующих пределах: 234Th – 101,3-276,2 Бк/кг (среднее содержание 235,6 Бк/кг). Концентрация 226Ra в почвах составляет в среднем 28,2 Бк/кг (рис. 1б) и варьирует в пределах 12,3-92,6 Бк/кг. 210Pb – 173,8-341,6 Бк/кг, при средней удельной активности 238,4 Бк/кг.

В ряду тория – содержания естественных радионуклидов 232Th (рис. 1в) и 224Ra варьируют в пределах 19,6-68,4 Бк/кг и 18,9-67,2 Бк/кг соответственно (средние – 39,0 и 38,9 Бк/кг) и совпадают в пределах погрешности определения их удельных активностей (20%), что говорит о наличии радиоактивного равновесия в ряду 232Th–224Ra [коэффициент корреляции равен 0,85 при уровне значимости 0,05 (рис. 2.)].

Рис. 2. Зависимость удельной активности 232Th от содержания 224Ra в почвах Ростовской области

Удельная активность 40К варьирует в пределах 200,4–961,8 Бк/кг, при среднем содержании 455,7 Бк/кг (рис. 1г).

В таблице 1 представлены средние содержания естественных радионуклидов в наиболее распространенных типах почвы Ростовской области.

Таблица 1

Средняя удельная активность естественных радионуклидов в различных типах почв Ростовской области

Максимальные содержания 238U (160-240 Бк/кг) зафиксированы в черноземах обыкновенных карбонатных (Азовский район) и каштановых солонцеватых тяжелосуглинистых почвах (Дубовский район). В данных почвах также повышено содержание 226Ra по сравнению с другими типами почв региона исследования. Возможно, здесь играет роль минералогический состав, что является предметом дальнейших исследований. Минимальное содержание определяемых ЕРН (кроме 234Th) характерно для аллювиально-луговой легкосуглинистой почвы (Цимлянский район) (таблица 1), что можно объяснить более легким гранулометрическим составом и полугидроморфным типом почвообразования (т.е. создаются условия для водной миграции ЕРН).

Подобное распределение средних значений ЕРН по типам почвы (таблица 1) связано с физико-химическими свойствами почвы (гранулометрическим и минералогическим составом, реакцией почвенного раствора, содержанием гумуса и др.) и химическими свойствами самих радионуклидов [3]. Также все почвы [кроме аллювиально-луговой легкосуглинистой почвы на аллювиальных погребенных отложениях (Цимлянский район)] формируются при непромывном водном режиме, что тоже может оказывать влияние на закрепление радионуклидов в почвенных горизонтах.

Оцененное в данной работе содержание ЕРН в почвах Ростовской области сопоставимо с литературными данными по радионуклидному составу почв других регионов [5-7] и является фоновым для изучаемой территории [1].

Распределение удельной активности естественных радионуклидов по почвенному профилю различное (табл. 2, рис. 3, 4).

Таблица 2

Распределение естественных радионуклидов в аллювиально-луговой легкосуглинистой почве на аллювиальных погребенных отложениях (Цимлянский район)

Рис. 3. Распределение естественных радионуклидов: КУ-1 – на луговато-каштановой тяжелосуглинистой почве на лессовидных суглинках; КУ-2 – на темно-каштановой солонцеватой тяжелосуглинистой почве на лессовидных суглинках; КУ-3 – на каштановой солонцеватой тяжелосуглинистой почве на лессовидных суглинках

Рис. 4. Распределение естественных радионуклидов: КУ-1 – на луговато-каштановой тяжелосуглинистой почве на лессовидных суглинках; КУ-2 – на темно-каштановой солонцеватой тяжелосуглинистой почве на лессовидных суглинках; КУ-3 – на каштановой солонцеватой тяжелосуглинистой почве на лессовидных суглинках

Естественные радионуклиды 232Th и 224Ra в почвенных профилях Ростовской области на КУ-2 и КУ-3 (рис. 3) в основном равномерно распределены по глубине. Поведение удельной активности 238U и его продуктов распада отличается достаточно резкими колебаниями (до трех раз) их содержания по профилю. Имеют место максимумы удельной активности 226Ra, 234Th, 210Pb в верхних горизонтах (рис. 3, 4). Значительные колебания удельной активности по глубине 40K имеют место только для КУ-1 (рис. 4).

Подобное распределение естественных радионуклидов в почвенных профилях связано с минералогическим и гранулометрическим составами изучаемых почв, содержанием гумуса и уровнем кислотности [9], а также с химическими свойствами самих радионуклидов и особенностями их сорбции в почвенных горизонтах.

Выводы

В целом в данной работе определен радионуклидный состав некоторых наиболее распространенных типов почвы Ростовской области. Содержания изученных ЕРН соответствуют естественным содержаниям данных радионуклидов в природных глинах и почвогрунтах данного региона. Оценены вертикальные профили распределения естественных радионуклидов земного происхождения. Распределение данных элементов по глубине, как правило, равномерное, отличается незначительными вариациями удельной активности и различно для разных типов почвы.

Для прогнозирования распределения радионуклидов по почвенному профилю необходимо рассматривать весь комплекс физико-химических характеристик в совокупности с данными о водном режиме почв и климатическими условиями региона.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований в рамках научного проекта № 13-08-0141313.

Рецензенты:

Демина Ольга Николаевна, д.б.н., доцент, директор Ботанического сада Южного федерального университета, г. Ростов-на-Дону.

Симонович Елена Ильинична, д.б.н., старший научный сотрудник лаборатории радиобиологии и экологической генетики НИИ биологии Южного федерального университета, г. Ростов-на-Дону.