В 50-е годы прошлого столетия в Советском Союзе проводились исследовательские и опытно-конструкторские работы по созданию радиологического оружия в ракетном и бомбовом исполнении. В качестве боевого снаряжения использовали жидкие и порошкообразные боевые радиоактивные вещества (БРВ), представлявшие собой радиоактивные отходы атомной промышленности, а также продукты, полученные после облучения специальных образцов в промышленном реакторе. На Семипалатинском испытательном полигоне (СИП) испытания БРВ проводили на двух специально выделенных площадках – «4» и «4а». По имеющимся данным, испытания БРВ вследствие переноса радиоактивных веществ, оказали влияние на радиоактивное загрязнение северо-западной части территории полигона помимо собственно территории площадок [4]. Основным загрязнителем почвенного покрова данных площадок является радионуклид 90Sr [6].
До настоящего момента на СИП исследования форм нахождения радионуклидов в местах проведения испытаний боевых радиоактивных веществ не проводились. Результаты изучения миграционных свойств радионуклидов в почвах площадки «4а» имеют большое практическое значение при оценке биологической доступности и подвижности радионуклидов в почвах, а также выборе технологии рекультивации данной территории, имеющей уникальные особенности радионуклидного загрязнения.
Целью работы является исследование форм нахождения радионуклида 90Sr в почвах площадки испытания БРВ на СИП.
Материал и методы исследования
Характеристика объекта исследования
Испытательная площадка «4а» находится в северо-западной части Семипалатинского испытательного полигона (рисунок 1).
Рис. 1. Семипалатинский испытательный полигон
Почвы данной территории относятся к зональным каштановым и светло-каштановым нормальным, неполноразвитым и малоразвитым типам. Встречаются и лугово-каштановые, луговые почвы в комплексе и сочетании с солонцеватыми и солончаковатыми, солонцами и солончаками. Для почвенного покрова территории характерны незначительная мощность покровных рыхлых отложений, защебненность, небольшое содержание органического вещества.
Каштановые и светло-каштановые зональные малоразвитые и неполноразвитые почвы распространены на склонах сопок, сложенных плотными коренными породами, выходы которых нередко отмечаются на вершинах. Почвообразующими породами для них служат маломощные элювиально-делювиальные щебнистые суглинки, мощность которых постепенно увеличивается от вершины сопок к их подножью, а вместе с тем уменьшается степень скелетности почв. Нормальные, т.е. с полноразвитым профилем каштановые почвы встречаются на рассматриваемой территории редко, в основном, на делювиально-пролювиальном шлейфе, оконтуривающем мелкосопочник на севере и северо-востоке.
Основными морфологическими признаками неполноразвитых и малоразвитых почв является малая мощность гумусового горизонта (15–25 см) при мощности всего рыхлого слоя не более 40–60 см. В подзоне каштановых почв отсутствует проявления белоглазки, тогда как в светло-каштановых почвах отмечается непосредственно под гумусовым горизонтом карбонатный иллювиальный горизонт. Все почвы легко- или среднесуглинистые, но, как правило, опесчаненные. Наиболее распространенными среди каштановых почв являются среднегумусные (3–4 % гумуса) виды. Содержание гумуса в светло-каштановых почвах в верхнем горизонте достигает 2–3 %. Реакция почвенного раствора на поверхности близка к нейтральной, но далее вниз по профилю меняется на слабощелочную или щелочную, что особенно характерно для светло-каштановых почв [9, 10, 11].
Было исследовано 9 из 25 участков площадки «4а», на которых были непосредственно проведены испытания БРВ (рисунок 2).
Рис. 2. Схема расположения исследуемых участков на площадке "4а"
Отбор проб
Отбор точечных проб почвы проводили на 9 участках с максимальными уровнями радиоактивного загрязнения, на глубину 0–5 см с площади 600 см2. Основным загрязнителем почв исследуемых участков является радионуклид 90Sr [6]. Данные о содержании радионуклида 90Sr в почвах исследуемых участков приведены в таблице 1.
Таблица 1
Содержание радионуклида 90Sr в почвах исследуемых участков (0–5 см)
№ п/п |
№ участка |
Содержание радионуклида 90Sr, Бк/кг |
4 |
уч. 1 |
3,6·104 ± 0,4·04 |
1 |
уч. 2 |
3,8·104 ± 0,4·104 |
3 |
уч. 3 |
9,3·104 ± 1,0·104 |
7 |
уч. 4 |
5,5·104 ± 0,6·104 |
8 |
уч. 9 |
4,1·104 ± 0,5·104 |
5 |
уч. 13 |
1,5·105 ± 0,2·105 |
10 |
уч. 19 |
2,7·105 ± 0,3·105 |
2 |
уч. 20 |
1,3·105 ± 0,1·105 |
6 |
уч. 24 |
3,1·105 ± 0,3·105 |
Определение форм нахождения радионуклидов в почве
Исследование форм нахождения радионуклидов в почвах проводили методом последовательной экстракции. Данный метод широко используется в исследованиях большого количества токсичных элементов в разных типах образцов [7, 8].
В работе была использована схема последовательного экстрагирования, предложенная Ф.И. Павлоцкой (таблица 2) [9]. Схема была модифицирована добавлением промежуточной стадии выделения органически связанных радионуклидов раствором 0.1 NaOH на основе методики, разработанной И.В. Тюриным [10].
Таблица 2
Схема последовательного экстрагирования
Форма |
Экстрагент |
Группа соединений |
Обменная форма (легкодоступная форма) |
1M CH3COONH4 |
Водорастворимые соли неорганических кислот и органические соединения (соли, комплексы), несвязанные фульваты элемента, соединения, сорбированные почвой по механизму ионного обмена, в карбонатных почвах частично углесоли элемента (карбонаты) |
Органическая форма (потенциальный резерв) |
0.1Н NaOH |
Связанные с органической частью (фракции гуминовых кислот и фульвокислот), свободной или непрочно связанной с минеральной частью почвы |
Подвижная форма (потенциальный резерв) |
1M HCl |
Карбонаты, непрочно сорбированные соединения элемента окислами железа и алюминия, глинистыми минералами, фульваты, труднообменные ионы, свежеосажденные гидроокиси |
Прочносвязанная форма (остаточная, недоступная форма) |
Смесь кислот HNO3-HF |
В составе полуторных окислов железа и алюминия, ионы связанные прочно (необменно) органическим веществом почвы, адсорбированные по типу изоморфного замещения в кристаллических решетках [5] |
На всех этапах эксперимента соотношение почвы и экстрагента составляло 1:5. Непосредственно в остатках почвы после выщелачивания определяли прочносвязанные формы радионуклида. Содержание форм нахождения радионуклида рассчитывали в процентных долях от суммарного содержания всех форм.
Радионуклид 90Sr в почвах определяли по методике с использованием b-спектрометра «Прогресс» [14]. Содержание 90Sr в вытяжках анализировали радиохимическим методом в соответствии с аттестованными методическими указаниями [15]. Предварительный этап радиохимического анализа радионуклида 90Sr в почвах предусматривал глубокое разложение образца (озоление) смесью минеральных кислот.
Результаты исследования и их обсуждение
Результаты исследований форм нахождения 90Sr в почвах площадки «4а» представлены в таблице 3.
Таблица 3Относительное содержание форм нахождения радионуклида 90Sr, % от суммарного содержания всех форм
№ п/п |
№ участка |
Водорастворимая форма, % |
Обменная форма, % |
Органическая форма, % |
Подвижная форма, % |
Прочносвязанная форма, % |
1 |
уч.2 |
0,27 ±0,04 |
67,5 ±9,4 |
1,2 ±0,2 |
18,9 ±2,7 |
12,1 ±2,4 |
2 |
уч.20 |
0,29 ±0,04 |
62,9 ±10,5 |
1,9 ±0,3 |
25,1 ±3,7 |
9,7 ±1,6 |
3 |
уч.3 |
0,26 ±0,05 |
61,8 ±9,4 |
1,1 ±0,1 |
23,1 ±3,7 |
13,7 ±1,2 |
4 |
уч.1 |
0,20 ±0,03 |
57,2 ±9,3 |
0,8 ±0,1 |
27,8 ±4,6 |
13,9 ±2,2 |
5 |
уч.13 |
0,08 ±0,01 |
50,9 ±7,9 |
0,6 ±0,1 |
18,2 ±2,4 |
30,3 ±3,6 |
6 |
уч.24 |
0,37 ±0,06 |
65,4 ±9,3 |
18,7 ±3,7 |
4,7 ±0,8 |
10,8 ±1,3 |
7 |
уч.4 |
0,13 ±0,01 |
24,8 ±3,9 |
0,7 ±0,1 |
10,8 ±1,5 |
63,5 ±9,3 |
8 |
уч.9 |
0,19 ±0,03 |
44,3 ±6,6 |
13,2 ±1,9 |
2,7 ±0,4 |
39,6 ±7,5 |
9 |
уч.19 |
0,34 ±0,07 |
61,7 ±8,5 |
1,3 ±0,2 |
25,5 ±4,2 |
11,1 ±1,3 |
min-max |
0,1-0,4 |
24,8-67,5 |
0,6-18,7 |
2,7-27,8 |
9,7-63,5 |
|
0,2 |
55,2 |
4,4 |
17,4 |
22,8 |
||
σ |
0,09 |
13,5 |
6,7 |
9,3 |
18,4 |
|
CV, % |
39,8 |
24,5 |
152 |
53,3 |
81,0 |
По данным исследования основное содержание радионуклида 90Sr в почвах площадки «4а» находится в обменной форме (55,2 %). Доля водорастворимой формы наименьшая и не превышает 0,4 % от суммарного содержания всех форм. Однако с учетом высокого уровня валового содержания 90Sr в почвах удельное содержание водорастворимой формы в расчете на 1 кг почвы достигает высоких значений (до 1000 Бк/кг). Содержание органической формы незначительно (в среднем 4,4 %), при этом отмечается максимальное варьирование значения данного параметра (коэффициент вариации составляет 152 %) в исследуемых почвах. Среднее содержание подвижной и прочносвязанной форм имеет близкие значения (17,4 % и 22,8 %, соответственно), однако параметры подвижной формы характеризуется меньшей вариативностью.
Сравнительный анализ форм нахождения радионуклида 90Sr в почвах площадки «4а» с другими, ранее исследованными, испытательными площадками СИП («Опытное поле», условно «фоновые» территории, «Дегелен»), выявил некоторые особенности. Установлено, что на СИП радионуклид 90Sr в почвах площадки «4а» характеризуется наибольшими параметрами подвижности и биологической доступности, по аналогии с площадкой «Дегелен» и условно «фоновыми» территориями, характеризующимися значительным содержанием обменной формы 90Sr в почве (52,0 % и 61,8 %, соответственно) [1]. Отметим, что на СИП наименьшей биологической доступностью и подвижностью в почвах 90Sr характеризуется на территории площадки «Опытное поле» (93,1 % в прочносвязанной форме), что обусловлено первоначальными формами нахождения радионуклида в выпадениях от проведенных на данной площадке испытаний и сопутствующим им механизмам образования радиоактивных частиц [2].
Высокий уровень валового содержания и суммарного содержания водорастворимой и обменной формы 90Sr обуславливают значительный переход 90Sr из почвы в растения при корневом поступлении. По данным исследования накопления радионуклидов растениями, произрастающими на СИП, наибольшие значения коэффициента накопления 90Sr характерны для мест испытания БРВ [3].
Результаты форм нахождения радионуклидов в почвах могут быть также использованы в качестве научного обосновании при выборе методов рекультивации участков испытания БРВ. В частности, использование метода перепашки почвы с перемещением загрязненного поверхностного слоя вглубь (до 10–15 см), который в настоящее время применяется для рекультивации радиоактивно загрязненных участков на площадке «Опытное поле» (место проведения наземных и воздушных ядерных взрывов), нецелесообразно на площадке «4а», поскольку возможен вынос радионуклида растениями из более глубоких слоев в верхние.
Выводы
Результаты исследований выявили неоднородный характер распределения форм нахождения радионуклида 90Sr в почвах площадки «4а». Установлена высокая подвижность и биологическая доступность 90Sr в почвах исследуемых участков. Среднее содержание водорастворимой формы составляет 0,2 %, обменной – 55,2 %, органической – 4,4 %, подвижной – 17,4 %, прочносвязанной – 22,8 %. На СИП площадка испытания БРВ характеризуется наибольшими значениями параметров подвижности и биодоступности, что также подтверждается исследованиями накопления радионуклида 90Sr зональными растениями, произрастающими на данной площадке.
Существует необходимость проведения дополнительных исследований территории площадки «4а» для изучения влияния физико-химических свойств почв на поведение 90Sr в почве, а также определения характера распределения форм нахождения радионуклидов в почвенном профиле.
Полученные результаты являются важным фактором при выборе технологии рекультивации участков испытания БРВ, а также накладывают определенные ограничения на дальнейшее обращение с загрязненными грунтами данной площадки.
Библиографическая ссылка
Кундузбаева А.Е., Кабдыракова А.М., Лукашенко С.Н., Ларионова Н.В. ФОРМЫ НАХОЖДЕНИЯ 90Sr В ПОЧВАХ ИСПЫТАТЕЛЬНОЙ ПЛОЩАДКИ БОЕВЫХ РАДИОАКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ НА СЕМИПАЛАТИНСКОМ ИСПЫТАТЕЛЬНОМ ПОЛИГОНЕ // Современные проблемы науки и образования. – 2016. – № 4. ;URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=25081 (дата обращения: 02.11.2024).