Загрязнение компонентов наземных экосистем…
Н.Е. ЛАТЫНОВА, Г.В. КОЗЬМИН
Обнинский институт атомной энергетики НИЯУ МИФИ, Калужская обл.
ЗАГРЯЗНЕНИЕ КОМПОНЕНТОВ НАЗЕМНЫХ ЭКОСИСТЕМ 3H, 90Sr, 137Cs И 226Ra
В РЕЗУЛЬТАТЕ НАРУШЕНИЯ МНОГОБАРЬЕРНОЙ ЗАЩИТЫ ХРАНИЛИЩ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ
Рассмотрены основные факторы, характеризующие радиоэкологическую обстановку в районе расположения проблемных хранилищ РАО: пространственно-временные закономерности радиоактивного загрязнения компонентов наземных и пресноводных экосистем, гидрологические и геохимические процессы, приводящие к формированию объемных радиоактивных источников загрязнения. Установлены направления и скорости горизонтальной миграции радионуклидов и дана оценка их подвижности и биологической доступности.
В настоящее время, несмотря на существующий жесткий контроль в сфере обеспечения радиационной и экологической безопасности на объектах атомной отрасли, существует проблема старых хранилищ низкоактивных РАО, созданных во второй половине 20 века без должного учета особенностей природной среды в местах их размещения. Проблемные хранилища РАО находятся, в частности, на севере Калужской области. В конце 90-х годов прошлого столетия на старом хранилище РАО, принадлежащем ГНЦ РФ – ФЭИ, произошла утечка радионуклидов (
90Sr,
137Cs и
226Ra) в результате нарушения многобарьерной защиты одной из емкостей. Новое хранилище РАО является источником поступления в окружающую среду трития, что впервые было отмечено в процессе мониторинговых исследований НПО «Тайфун» в середине 90-х годов XX века [1].
Целью настоящей работы стало изучение характеристик загрязнения техногенными радионуклидами наземных и пресноводных экосистем и оценка радиоэкологической обстановки в районе размещения проблемных хранилищ РАО.
Объектами исследования явились компоненты экосистем катенарного ряда склона первой надпойменной террасы и притеррасного понижения поймы р. Протва в районе размещения региональных хранилищ РАО. Оба хранилища располагаются в идентичных геоморфологических, геохимических и гидрогеологических условиях: в нижней части склона надпойменной террасы, сложенной флювиогляциальными песками, перекрытыми маломощным (до 1 м) шлейфом пылеватых делювиальных суглинков. Ниже по склону находятся частично заболоченные притеррасные понижения, питаемые атмосферными осадками и грунтовыми водами, в зоне формирования которых расположены емкости хранилищ [2].
Природные условия района исследований типичны для долинных комплексов южной части лесной зоны, что позволяет использовать полученные в настоящих исследованиях данные при создании систем радиоэкологического мониторинга в аналогичных регионах. Необходимо отметить, что ряд природных особенностей территории севера Калужской области способствует миграции радионуклидов: избыточное увлажнение, низкая емкость поглощения почв, преимущественно кислая реакция почвенного раствора, развитие эрозионных процессов. В то же время, существующие природные геохимические барьеры супераквальных и аквальных ландшафтов отличаются достаточно высокой емкостью и служат эффективным препятствием для распространения отдельных радионуклидов.
Для изучения направлений миграции радионуклидов определялось их содержание (удельная и объемная активность) в пробах воды, снега, почв, донных отложений, растительности, а также в раковинах моллюсков. Пробы отбирались в репрезентативных точках ландшафтно-геохимических катен.
Источники поступления в окружающую среду и миграция трития. Тритриевая аномалия на севере Калужской области впервые была отмечена по результатам НПО «Тайфун» в середине 1990-х годов. Согласно результатам исследования ГНЦ РФ – ФЭИ основным источником поступления трития в окружающую среду являются тритиевые мишени, находящиеся в новом хранилище РАО [3]. В окружающей среде тритий распространяется с воздушными и водными потоками.
С целью изучения вклада воздушного переноса определялась объемная активность трития в пробах снега, отобранного с крышки емкости с тритиевыми мишенями, вблизи емкости в различных направлениях, за пределами хранилища по направлению сезонной розы ветров. Результаты измерений представлены в табл. 1.
Таблица 1
Результаты измерения объемной активности трития в снеге
Место отбора
|
Активность, Бк/л
|
Крышка емкости 8 227П
|
144±14,4
|
Coop. 227 запад
|
39,7±3.9
|
Coop. 227 юг
|
9,21±0,9
|
Coop. 227 восток
|
136±13,6
|
Coop. 227 север
|
168±16,8
|
Родник с/о «Орбита»
|
33,8±3,4
|
Старица
|
<1,0
|
Д. Потресово, левый берег
|
<1,0
|
Шк. №1(1,5 км к СВ от соор. 227)
|
<1,0
|
На основании полученных результатов сделаны следующие выводы:
-
аэральное поступление 3Н с водяным паром из емкостей хранилища незначительно; при аэральном переносе паров НТ и НТО происходит быстрое разбавление концентрации трития в воздушной среде до фоновых значений; при распространении 3Н воздушным путем накопление его возможно в твердых атмосферных осадках в непосредственной близости от источника;
-
основным путем воздушной миграции обогащенных 3Н атмосферных осадков является метелевый перенос с территории хранилища, радиус формирования наземной тритиевой аномалии – первые сотни метров; при метелевом переносе НТО естественные преграды (повышения рельефа, здания, древесные насаждения) являются эффективными барьерами.
На следующем этапе были проведены исследования содержания
3Н в грунтовых водах. Объемная активность
3Н в пробах коррелирует со степенью воднасыщенности грунтов и показывает зависимость содержания данного радионуклида в подземных водах от глубины их залегания. В относительно глубоких горизонтах подземных вод (25 м) содержание
3Н ниже, чем в приповерхностных. Отмечается сезонная динамика содержания
3Н в подземных водах скважин: увеличение концентрации в сухие сезоны. Результаты измерения
3Н в воде старицы, питаемой формирующейся под территорией хранилища верховодкой (1–1,5 м), свидетельствуют об увеличении поступления
3Н с почвенными водами в период наибольшего водонасыщения грунтов талыми водами. При этом объемная активность
3Н увеличивается почти в три раза по сравнению с «сухими» сезонами.
Полученные результаты позволяют утверждать, что наиболее активное распространение 3Н происходит в приповерхностных горизонтах (область формирования верховодки) преимущественно в периоды наибольшего водонасыщения. В более глубоких горизонтах (5–10 м) во влажные сезоны происходит снижение концентрации 3Н за счет разбавления менее загрязненными инфильтрационными водами, поступающими с большей территории.
С увеличением расстояния от хранилища содержание 3Н в подземных водах уменьшается. В родниках на расстоянии 5 км вниз по течению, а также в родниках, расположенных выше по течению р. Протвы, превышение содержания 3Н над фоном не обнаружено.
Учитывая, что 3Н проникает с инфильтрационными водами в достаточно глубокие горизонты, были проанализированы пробы воды из скважин водозаборных сооружений. Повышенные концентрации 3Н в отдельных пробах отмечаются на всех водозаборах г. Обнинска, но статистически достоверные аномалии содержания 3Н установлены только на водозаборах Центральный и Самсоновский.
Полученные данные положены в основу оценки риска возникновения стохастических эффектов при облучении населения в результате употребления содержащей 3Н воды.
В табл. 2 приведены значения индивидуального и коллективного пожизненного риска, рассчитанные в работе [4].
Таблица 2
Результаты расчета индивидуального и коллективного пожизненного риска
для населения г. Обнинска
Когорта
Инд. эффективная доза за год
|
Индивидуальный
пожизненный риск r, 1/чел.
|
Коллективный
пожизненный риск R
|
1 когорта (дачники)
0,44 мкЗв
|
3.21·10–8
|
3.21·10–5
|
2 когорта (дачники)
1,42 мкЗв
|
7.42·10–8
|
7.42·10–6
|
3 когорта (сотрудники ГНЦ РФ – ФЭИ)
3,74 мкЗв
|
2.09·10–7
|
8.38·10–4
|
С учетом анализа приведенных в таблице данных можно заключить, что риск возникновения стохастических эффектов облучения в результате употребления воды, содержащей тритий, для указанных когорт населения г. Обнинска лежит ниже предела индивидуального пожизненного риска (5.0 · 10–5) (Нормы радиационной безопасности НРБ-99/2009) [5].
Миграция 90Sr, 137Cs и 226Ra в компонентах экосистем, прилегающих к хранилищу РАО. В результате нарушения герметичности емкостей регионального хранилища РАО, расположенного в городской черте и за пределами промплощадки ФЭИ, наблюдается миграция
90Sr,
137Cs и
226Ra по всему изученному ландшафтно-геохимическому профилю и их аккумуляция в пределах притеррасного понижения, препятствующая их дальнейшему распространению на пойму и воду р. Протвы. Максимальная обнаруженная активность
90Sr,
137Cs и техногенного
226Ra в почвах локальных участков загрязнения притеррасного понижения составляет 19400 ± 315, 18 ± 6 и 95 ± 31 Бк/кг соответственно [6]. Почвенные и грунтовые воды данной территории формируются на глубине до 6 м от дневной поверхности. Помимо атмосферных осадков, существенную роль в их питании играют протечки из тэнков городских водоочистных сооружений, находящихся вблизи хранилища РАО и выше его по склону. Разгрузка подземных вод происходит в виде небольших родников в нижней части склона террасы непосредственно под хранилищем РАО. В сухое время года эти источники нередко пересыхают.
Факторами, благоприятствующими миграции радионуклидов, являются промывной водный режим зоны аэрации, легкий механический состав подстилающих пород (хорошо перемытые средне- и мелкозернистые флювиогляциальные пески), значительные уклоны местности. Результаты измерения активности радионуклидов в послойно отобранных образцах почвы указывают на довольно равномерное распределение их по почвенному профилю. В процессах вертикальной дифференциации 90Sr, 137Cs и 226Ra при внутрипочвенном их поступлении ведущая роль принадлежит гранулометрическому составу почвообразующих пород, особенностям водного режима зоны аэрации, содержанию органического вещества, а также характеру и степени нарушенности почвенного покрова.
Измерение объемной активности радионуклидов в подземных и поверхностных водах показало, что радиоактивное загрязнение аквальных экосистем, прилегающих к хранилищу, обусловлено главным образом 90Sr, миграционная способность которого в данных условиях в 10 раз больше, чем 137Cs. Активность 90Sr в подземных водах, определенная в месте их выхода на поверхность (39,2 ± 11,8 Бк/л), на порядок выше, чем в водах старицы в 1,5 м от источника (3,8 ± 1,1 Бк/л). Данный факт свидетельствует о высокой емкости природного геохимического барьера, формируемого органическими илами притеррасного понижения. Кроме того, важным фактором, ограничивающим подвижность 90Sr, является достаточно высокое значение реакции среды (pH 8). На расстоянии 3 м от места впадения родника в старицу удельная активность 90Sr составляет всего 1,6 ± 0,5 Бк/л. Несмотря на повышенное содержание данного радионуклида в илистых отложениях, концентрация его в поверхностных водах низкая и не превышает допустимого уровня вмешательства (4,9 Бк/л), установленного НРБ. Данные по формам нахождения радионуклидов показали, что они находятся преимущественно в малоподвижных формах, на долю водорастворимой фракции стронция-90 приходится, например, от 2 до 4 %.
Дальнейшая миграция 90Sr происходит в направлении естественного стока поверхностных и подземных вод по заболоченной нижней части долины ручья Комсомольский в сторону расположения общества садоводов и огородников. Содержание радионуклида в водах и илах дренажных канав на приусадебных участках, расположенных на расстоянии около 200 м от хранилища РАО, ниже уровня вмешательства.
Ореол радиоактивного загрязнения 90Sr в районе хранилища РАО не превышает нескольких десятков метров на поверхности и чуть более 10 м в глубину. Благодаря природным геохимическим барьерам в настоящее время угрозы попадания радионуклидов в организм человека по пищевым цепям через сельскохозяйственную продукцию нет.
Мониторинг распространения 90Sr в природной среде, основанный лишь на контроле содержания 90Sr в природных водах, может быть затруднен в связи с аппаратурно-методическими ограничениями. Чувствительность радиационно-экологического мониторинга может быть существенно повышена при использовании организмов-накопителей 90Sr, какими являются наземные моллюски. Площадь обитания этих животных весьма ограничена, что позволяет осуществлять не только текущий контроль, но и давать прогноз направлений распространения данного радионуклида за пределы площадки размещения регионального хранилища. Результаты определения удельной активности 90Sr в раковинах улитки кустарниковой (Bradybaena fruticum) – 822 ± 8 Бк/кг, в листьях малины (Rubus daeus) – 11,6 ± 1,1 Бк/кг и в верхней части гумусового горизонта дерново-слабоподзолистой почвы – 8 ± 1 Бк/кг показывают, что активность 90Sr в раковинах моллюсков на два порядка больше, чем в гумусовом горизонте и в листьях растений, которыми они питаются [7].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
Сойфер В.Н., Горячев В.А., Вакуловский С.М., Катрич И.Ю. Тритиевые исследования природных вод в России. М.: ГЕОС, 2008.
2. Латынова Н.Е., Вайзер В.И., Козьмин Г.В и др. // Труды 3-й Междунар. науч.-практ. конф. «Экология речных бассейнов». Владимир, 2005. С. 243.
3. Старков О.В., Моисеева О.В. //Информационный бюллетень. Ядерная и радиационная безопасность России. Вып 2(5). М.: ЦНИИ атоминформ, 2002. С. 64.
4. Момот О.А., Сынзыныс Б.И., Латынова Н.Е. // Тезисы докладов IX Международной конференции «Безопасность АЭС и подготовка кадров». Обнинск: ИАТЭ, 2005. Ч.2. С. 101.
5. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009): Гигиенические нормативы. М.: Центр санитарно-эпидемиологического нормирования, гигиенической сертификации и экспертизы Минздрава России, 2009.
6. Васильева А.Н., Круглов С.В. и др. // Радиационная биология. Радиоэкология. 2008. Т. 48. С. 116.
7.
Васильева А.Н., Сынзыныс Б.И. и др. // Радиационная биология. Радиоэкология. 2007. Т. 47. С. 608.