ТЕМА: НАЗЕМНЫЕ ПУТИ МИГРАЦИИ РАДИОНУКЛИДОВ ВОПРОСЫ: 1.

ТЕМА: НАЗЕМНЫЕ ПУТИ МИГРАЦИИ РАДИОНУКЛИДОВ ВОПРОСЫ: 1. Общая схема миграции радионуклидов в наземной среде 2. Миграция радионуклидов в почве 3. Поглощение и распределение радионуклидов в растениях 4. Перенос радионуклидов в организм животных и включение в метаболизм

Общая схема миграции радионуклидов в наземной среде АТМОСФЕРА ПОЧВА ПОВЕРХНОСТНЫЕ, ПОДЗЕМНЫЕ И ГРУНТОВЫЕ ВОДЫ РАСТЕНИЯ ЖИВОТНЫЕ

Миграция радионуклидов в почве Пути поступления радионуклидов в почву: § Прямое поступление – сбрасывание твердых и жидких радиоактивных отходов, разливы нефти и др. § Опосредованное поступление - из атмосферы - из гидрографической сети - из подземных и грунтовых вод

ОСНОВНЫЕ ГРУППЫ ФАКТОРОВ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ МИГРАЦИЮ РАДИОНУКЛИДОВ В НАЗЕМНОЙ СРЕДЕ: 1. Факторы, связанные со свойствами почв 2. Факторы, связанные с физико-химическими свойствами радионуклидов 3. Факторы, связанные с типом растительности, гидрологией и характером подстилающих пород 4. Климатические факторы

Миграция радионуклидов в почве – совокупность процессов их пространственного перераспределения

МИГРАЦИЯ В ПОЧВЕ ГОРИЗОНТАЛЬНАЯ ВЕРТИКАЛЬНАЯ МИГРАЦИЯ

Горизонтальная миграция: • пылевые переносы; • сток поверхностных вод; • паводковые и дождевые потоки; • хозяйственная деятельность человека; • миграции животных.

Факторы, определяющие масштабы и интенсивность горизонтальной миграции радионуклидов: • тип почв; • особенности ландшафта и рельефа; • климатические условия; • структура землепользования; • технология обработки сельскохозяйственных земель; • физико-химические свойства радиоактивных загрязнений.

Вертикальная миграция – миграция в почвенном слое: • перенос радионуклидов вглубь почвы вместе с атмосферными осадками под действием силы тяжести; • перемещение растворов радионуклидов в почвенных порах под действием капиллярных сил, в том числе капиллярный подток влаги к поверхности в результате испарения; • перенос на мигрирующих коллоидных частицах (лессиваж); • диффузионные процессы; • перенос по корневым системам растений; • роющая и метаболическая активность почвенных животных; • хозяйственная деятельность человека.

Механизмы распределения радионуклидов между твердой и жидкой фазами почвы: § Сорбция десорбция § Коагуляция диспергирование коллоидов § Осаждение растворение труднорастворимых соединений

Подвижность радионуклидов - способность переходить из состава твердой фазы почвы в жидкую фазу. Биологическая доступность – параметр, определяющий способность включаться в биотический круговорот, первым этапом которого является переход радионуклида из почвы в растение.

Для оценки подвижности и потенциальной биологической доступности радионуклидов, содержащихся в почве, используют метод последовательных экстракций • Водорастворимая форма - химические соединения радионуклидов переходят из почвы в водный раствор; • Ионообменной форма - радионуклиды, вытесняемые из почвы 1 н раствором ацетата аммония; • Кислоторастворимая форма - радионуклиды, вытесняемые из почвы 1 н раствором соляной кислоты после экстракции ацетатом аммония; • Необменно сорбированная форма - радионуклиды, не вытесняемые никакими экстрагентами. Водорастворимая форма радионуклидов содержится в почвенном растворе, остальные – в твердой фазе почвы.

Коэффициент распределения (Kd или Кр) - отношение концентрации радионуклидов в твердой фазе (Бк/г сухой массы) к их концентрации в жидкой фазе почвы (Бк/мл) после установления между ними состояния равновесия.

ь Радионуклиды с высоким значением Кd (например, плутоний, цезий) обычно незначительно мигрируют в почве и обладают большим потенциалом ресуспензии ь Радионуклиды с низкими значениями Кd (например, стронций) активнее мигрируют в почве и обладают меньшим потенциалом ресуспензии

МИГРАЦИЯ ЧЕРЕЗ РАСТВОРЫ растворение Растворимые комплексные соединения комплексообразование Фракция топливных Катионы частиц в растворе сорбция ионообмен Ионы, Необратимо обмениваемые сорбированные в почве МИГРАЦИЯ С ПОЧВЕННЫМИ ЧАСТИЦАМИ

РЕСУСПЕНЗИЯ Ресуспензия радионуклидов, связанных с частицами почвы, представляет собой механизм их выноса из почвы путем эрозии под воздействием воды или ветра и последующего загрязнения ими поверхности растений Коэффициент ресуспензии (Kr) определяется как отношение концентраций радионуклида в воздухе (Бк /м 3 ) и на поверхности земли (Бк /м 2 )

МАССОПЕРЕНОС Массоперенос – перенос частиц за счет физических и биологических процессов Биотурбация – биотический перенос радионуклидов роющими организмами в процессе их метаболизма или физический перенос в процессе роющей активности

ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ – вымывание под действием атмосферных осадков из верхних слоев почвы в нижние горизонты или подпочвенную породу растворимых минеральных соединений и тонких частиц глины

ПОВЕДЕНИЕ В ПОЧВЕ ОСНОВНЫХ ДОЗООБРАЗУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ – ЦЕЗИЯ И СТРОНЦИЯ Цезий характеризуется высоким Кd ! Свойства почвы, играющие важную роль при фиксации Cs почвой: • концентрация и ионный состав почвенного раствора, особенно содержание ионов К; • минералогический состав почв; • особенности структуры глинистых минералов, форма и размеры частиц этих минералов, их содержание в почве; • р. Н • содержание стабильного цезия • количество и состав органического вещества; • р. Н почвенного раствора

Содержание различных форм 137 Cs в почвах, % от внесенного Тип почвы и гранулометрический состав Обменная Необменная Фиксиро- (кислото- ванная растворимая) Дерново-подзолистые: супесь 28, 3 10, 3 61, 4 средний суглинок 21, 3 5, 2 73, 5 Серая лесная, средний суглинок 9, 3 5, 8 84, 9 Аллювиально-карбонатная, тяжелый 11, 8 4, 5 83, 7 суглинок Светлый серозем, легкий суглинок 11, 7 3, 4 84, 9 Каштановая легкая глина 8, 2 83, 6 Черноземы: обыкновенный, легкая глина 14, 7 3, 5 81, 8 выщелоченный, средний суглинок 13, 2 2, 2 84, 6 выщелоченный, тяжелый суглинок 13, 3 12, 6 73, 7 солонцеватый, легкая глина 8, 3 4, 5 87, 2 Краснозем, тяжелый суглинок 23, 9 11, 4 64, 7 Типичный серозем, средний суглинок 16, 9 2, 1 81, 0

Стронций характеризуется невысоким Кd! Свойства почвы по убывающей значимости влияния на распределение стронция: § влажность; § содержание обменных ионов кальция и магния; § емкость обмена; § содержание органического вещества; § р. Н

Константы скорости растворения 90 Sr и 137 Cs из топливных частиц в 30 -км зоне вокруг Чернобыля (Коноплев и др. , 1988) Населенный Тип почвы 90 Sr 137 Cs пункт Чернобыль Дерново-подзолистая 1, 5 * 10 -3 0, 87 * 10 -3 суглинисто-песчаная Беньковка Аллювиальная 1, 4 * 10 -3 1, 0 * 10 -3 подзолистая кислая Копачи Слабоподзолистая 4, 0 * 10 -4 - суглинисто-песчаная Когород Пахотная дерново- 3, 6 * 10 -3 1, 5 * 10 -3 подзолистая суглинисто-песчаная

Установлены следующие ряды почв по степени уменьшения подвижности радионуклидов: • для 90 Sr – дерново-подзолистая песчаная > дерново-подзолистая супесчаная > торфяно- болотная; • для 137 Cs – торфяно-болотная > дерново- подзолистая песчаная > дерново- подзолистая супесчаная > чернозем деградированный суглинистый > дерново- подзолистая суглинистая.

Установление закономерностей вертикальной миграции радионуклидов важно для оценки: • время нахождения радионуклидов в корнеобитаемом слое почвы; • скорость перемещения радионуклидов в водоносные горизонты, т. е. возможность загрязнения подземных вод; • потенциальную возможность ресуспензии и вторичного загрязнения приземных слоев атмосферы.

Одним из основных интегральных показателей, используемых для прогноза радиологической обстановки, является период полуочищения корнеобитаемого слоя почвы – время, в течение которого первоначальное содержание радионуклидов в корнеобитаемом слое почв уменьшается в 2 раза. Период полуочищения отличается для разных радионуклидов и разных типов почвы. Для 137 Cs и 90 Sr в белорусских почвах его величина меняется в пределах от 5 до 28 лет.

Миграция 137 Cs и 90 Sr по профилям почв сельхозугодий (1997 г. ) (по Агеец, 2001) Почва Глубина, 137 Cs 90 Sr см % от общего Дерново-подзолисто- 0 -5 72, 3 49, 2 глееватая 5 -10 24, 2 37, 6 супесчаная, на супеси связной, 10 -15 3, 0 8, 5 пылеватой, 15 -20 0, 4 2, 1 подстилаемой с 20 -25 0, 2 1, 6 глубины 0, 5 м 25 -30 0, 1 0, 98 средним суглинком Дерново- 0 -5 95, 4 62, 4 подзолистая, 5 -10 3, 60 24, 5 песчаная на мощных рыхлых песках 10 -15 0, 80 8, 44 15 -20 0, 20 4, 67

Вертикальная миграция 137 Cs в целинных почвах, % от общего содержания Почва Слой, см 1991 1992 1993 1994 Дерново-подзолистая 0 -5 87, 9 80, 4 70, 4 63, 2 слабооподзоленная, 5 -10 9, 2 16, 0 22, 1 31, 0 временно избыточно увлажненная, супесчаная 10 -15 1, 8 2, 5 5, 1 4, 0 (Брагинский район) 15 -20 0, 6 2, 0 1, 0 20 -25 0, 3 0, 2 0, 5 25 -30 - 0, 2 0, 3 Дерново-подзолистая 0 -5 97, 5 91, 1 89, 5 83, 6 рыхлопесчаная, внизу 0 -5 1, 0 6, 2 7, 7 8, 1 оглеенная 5 -10 0, 7 1, 5 1, 7 4, 2 (Хойникский район) 10 -15 0, 7 0, 6 2, 3 15 -20 0, 3 1, 2 20 -25 - 0, 2 0, 6

Вертикальная миграция 90 Sr в целинных почвах, % от общего содержания Почва Слой, см 1990 1993 1994 Дерново-подзолистая 0 -5 77, 4 33, 4 35, 0 слабооподзоленная, 5 -10 13, 1 36, 8 34, 3 временно избыточно увлажненная, супесчаная 10 -15 7, 1 20, 3 19, 3 (Брагинский район) 15 -20 1, 2 5, 4 3, 9 20 -25 1, 2 2, 7 3, 3 25 -30 - 1, 4 4, 2 Дерново-подзолистая 0 -5 96, 0 87, 6 67, 5 рыхлопесчаная, внизу 0 -5 1, 5 8, 7 22, 5 оглеенная 5 -10 1, 5 2, 1 4, 9 (Хойникский район) 10 -15 0, 5 0, 6 3, 1 15 -20 0, 5 0, 2 1, 1 20 -25 - 0, 8 0, 9

Вертикальная миграция 137 Cs и 90 Sr: • миграция 137 Cs и 90 Sr вниз по профилю почв естественных угодий проходит очень медленно; • с увеличением степени увлажненности почв темпы миграции увеличиваются; • максимальная глубина миграции отмечается в дерново-глеевых, дерново-торфянисто- глеевых и торфяно -болотных почвах; • в целинных почвах основное количество радионуклидов содержится в 0 -5 -см слое; • в обрабатываемых почвах практически все количество 137 Cs находится в пахотном горизонте (0 -25 см) • скорость миграции 90 Sr значительно выше, чем 137 Cs