Cодержание радионуклидов в воде и донных отложениях озер восточно-уральского радиоактивного следа
1На правах рукописи
Мухаметшина Лилия Федоровна CОДЕРЖАНИЕ РАДИОНУКЛИДОВ В ВОДЕ И ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ ОЗЕР ВОСТОЧНО-УРАЛЬСКОГО РАДИОАКТИВНОГО СЛЕДА 03.01.01 – радиобиология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук
Москва – 2011 2
Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Челябинский государственный педагогический университет».
Научный консультант: доктор биологических наук, доцент Левина Сима Гершивна
Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор, Мамихин Сергей Витальевич доктор биологических наук, профессор, Сынзыныс Борис Иванович
Ведущая организация: Институт экологии растений и животных УрО РАН, г. Екатеринбург
Защита состоится « 8 » декабря 2011 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 501.001.65 при Московском Государственном Университете имени М.В. Ломоносова по адресу: 119991, Москва, Ленинские горы, дом 1, стр. 12, МГУ, Биологический факультет, ауд..
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова. Отзывы просим присылать по адресу: Веселовой Т.В., Биологический факультет МГУ имени М.В.Ломоносова, 119991, Москва. Факс: (495) 939-11-
Автореферат разослан « »« » 2011 года
Ученый секретарь диссертационного совета доктор биологических наук Т.В. Веселова
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. В настоящее время в условиях техногенной нагрузки на биосферу и развития атомной энергетики защита окружающей среды от загрязнения антропогенного генезиса, в том числе радиоактивного, является одной из важнейших проблем. Для ее решения необходимо определение безопасных уровней воздействия, что в свою очередь требует выявления поведения экосистем на воздействие радиацией.
Радионуклиды, поступившие в водоем, сорбируются взвесями и осаждаются, претерпевают радиоактивный распад, накапливаются водной биотой, что приводит к самоочищению воды озера. Однако в результате этих процессов донные отложения, в которых накапливаются радионуклиды, становятся долговременным депо загрязнителей и источником вторичного радиоактивного загрязнения. Воздушная и гидрологическая миграция радионуклидов из водоемов, поступление радионуклидов в подземные воды приводят к их постепенному распространению в окружающей среде, включению в пищевые цепочки и дополнительному облучению человека.
Тяжесть последствий загрязнения окружающей среды и живых организмов радионуклидами зависит не столько от их концентрации, сколько от биологического влияния ионизирующего излучения (радиации), сопровождающего распад радиоактивных элементов. Биологические эффекты радиоактивного загрязнения природной среды определяются дозами облучения живых организмов, которые в свою очередь зависят от уровней содержания, накопления, прочности фиксации и скорости выведения радионуклидов из компонентов водных экосистем (Куликов Н.В., Чеботина М.Я., 1988).
Особый интерес вызывает исследование водных экосистем Уральского региона, испытывающих различные техногенные воздействия (Левина С.Г., 2008, Трапезников А.В., 2010).
В Челябинской области расположено одно из крупнейших предприятий атомной промышленности и ядерного оружейного комплекса России производственное объединение «Маяк». Вследствие его шестидесятипятилетней деятельности в Уральском регионе сложилась чрезвычайная радиоэкологическая ситуация, которая сформировалась, в основном, в результате трех радиационных инцидентов: сброса радиоактивных отходов в р. Теча в 1949 – 1956 гг.;
взрыва емкости с жидкими высокоактивными отходами в 1957г. (образование Восточно Уральского радиоактивного следа) и ветрового рассеивания радиоактивно загрязненных донных отложений озера-хранилища Карачай в засушливый 1967 г. (Ровинский Ф.Я., 1967;
Никипелов Б.В., Дрожко Е.Г., 1990;
Effects of radiation …, 1996;
Авраменко М.И. и др., 1997;
Трапезников А.В., 2007).
Более 60 озерных экосистем данных территорий подверглись импактному техногенному воздействию, в результате которого произошло их загрязнение химическими поллютантами (тяжелыми металлами и долгоживущими радионуклидами). В настоящее время большинство водоемов с различной интенсивностью вовлечены в хозяйственную деятельность, что требует проведения мониторинговых исследований их радиоэкологического состояния. Однако данные этого мониторинга требуют особого подхода при интерпретации полученных результатов.
Актуальным представляется исследование миграции, накопления и распределения загрязнителей, а также выявление барьерной роли пресноводных экосистем по отношению к переносу радиоактивных веществ за пределы данной экосистемы.
Целью работы явилось исследование содержания и распределения 90Sr, Сs, а также микроэлементов в воде и донных отложениях озерных экосистем Большой Игиш и Куяш (территория Восточно-Уральского радиоактивного следа в пределах Челябинской области).
Основные задачи исследования:
1. определить уровни содержания радионуклидов в водной массе и грунтах исследуемых водоемов на современном этапе.
90 2. выявить особенности распределения Сs в воде и донных Sr, отложениях.
3. установить влияние состава донных отложений озер на содержание и распределение данных радионуклидов по профилю илов.
4. определить степень техногенной нагрузки микроэлементами (Fe, Mn, Cu, Zn, Ni, Co) на исследуемые экосистемы.
Научная новизна работы В работе впервые исследована структура донных осадков озера Куяш.
Представлена общая сравнительная характеристика поведения радионуклидов в воде и грунтах.
Получены новые данные о радиоэкологическом состоянии оз. Куяш, а также дополняющие сведения по современному уровню содержания долгоживущих радионуклидов в воде и донных отложениях оз. Б. Игиш.
Установлено, что по содержанию микроэлементов техногенное загрязнение на исследованные озера отсутствует.
Теоретическая и практическая значимость Результаты радиоэкологического исследования дополняют и уточняют данные об особенностях поведения долгоживущих радионуклидов и тяжелых металлов в пресноводных экосистемах.
90 Установлены современные запасы Sr и Cs в воде и донных отложениях оз. Б. Игиш и Куяш.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ – Урал №10-05-96012.
Основные положения, выносимые на защиту:
Содержание радионуклидов в воде определяется физико-химическими 1.
свойствами водной массы, а также географическим положением водоемов относительно оси ВУРСа.
Различия в накоплении и распределении радионуклидов по 2.
вертикальному разрезу донных отложений обусловлены физико химическим составом осаждаемого ила.
Апробация материалов работы. Основные положения диссертационной работы были представлены и обсуждены на I Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы экологии и природопользования в Казахстане и сопредельных территориях», Казахстан, г. Павлодар, 23-24 октября 2007;
VII Международной научно практической конференции «Экология и безопасность жизнедеятельности», г. Пенза, декабрь 2007;
VI Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Экология и научно технический прогресс», г. Пермь, 2007;
Областной научно-практической конференции «Охрана водных объектов челябинской области. Современные технологии водопользования», г. Челябинск, март, 2008;
Юбилейной научно практической конференции, г. Челябинск, апрель, 2008;
Региональной научно-практической конференции «Проблемы экологии и экологического образования Уральского федерального округа», г. Челябинск, 15-17 апреля Международной научной конференции «Геоэкологические 2009, III проблемы современности», г. Владимир, 23-25 сентября 2010 г.
Публикации: по материалам диссертации опубликовано 17 работ, в том числе в 4 статьях в реферируемых журналах ВАК.
Структура диссертации. Диссертация изложена на страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, главы, описывающей материалы и методы исследований, и глава, посвященная результатам собственных исследований, заключения, выводов, списка литературы из 173 использованных источников.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Исследованные водоемы. Объектами исследований служили 2 водоема территории ВУРСа в Челябинской области, расположенных на удалении 32 и 60 км от источника эмиссии (Куяш и Б. Игиш соответственно).
Материалом для настоящего исследования служили вода и донные отложения изученных водоемов. Пробы отбирались с 2007 по 2010 годы.
Методы отбора и обработки проб воды и донных отложений. Отбор и обработку проб воды проводили согласно стандартным гидрологическим методикам. Гидрохимический анализ проводился в лаборатории минералогии техногенеза и геоэкологии Института минералогии УрО РАН (ИМин УрО РАН). Часть пробы использовалась для определения анионно - катионного состава, другая – для определения содержания микроэлементов. Определение гидрохимических параметров водоемов осуществлялось согласно стандартным методикам, с учетом предусмотренных руководящими документами погрешностей:
Отбор проб донных отложений осуществлялся с использованием стандартного гидрологического оборудования, позволяющего получать образцы с ненарушенной стратификацией. Колонки донных отложений на исследуемых озерах отбирались до подстилающих пород.
Определение содержания радионуклидов в компонентах экосистем.
Отбирали пробы воды в поверхностном горизонте и донных отложений для определения содержания радионуклидов. Пробоподготовку проводили согласно методическим рекомендациям по санитарному контролю за содержанием радиоактивных веществ в объектах внешней среды (Методические рекомендации, 1980). Определение Cs производилось -спектрометрическим методом («Методика выполнения измерений удельной активности гамма-излучающих …», 2002). Удельную активность 90Sr и Cs в воде («Методика выполнения измерений удельной активности цезия-137 и стронция-90 в природных …», 2002), в донных образцах («Методика выполнения измерений удельной активности цезия-137 и стронция-90 в пробах …», 2002) определяли радиохимическим методом. Измерения содержания радионуклидов проводились Отделом внешней среды ФГУН УНПЦ РМ и Институтом экологии растений и животных УрО РАН.
Определение содержания микроэлементов производилось на атомно абсорбционном спектрометре (ААС) с пламенным и электрическим режимом атомизации "Perkin – Elmer 3110". Норма погрешности соответствовала ГОСТ 27384-87. Для статистической обработки данных использовали программные пакеты SPSS Statistics 5.1, Microsoft Excel, Sigma Plot v. 12.0.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ Современные гидрологические параметры исследуемых водоемов.
Озеро Б. Игиш расположено в центральной части Каслинского района Челябинской области (Средний Урал). Озеро Куяш административно принадлежит Кунашакскому району. Исследованные водоемы относятся к восточным уральским структурам Зауральского пенеплена.
Происхождение озерных котловин эрозионно-тектоническое. По соотношению водного баланса изучаемые озера являются бессточными. Их основное питание осуществляется атмосферными осадками и водами поверхностного и подземного стока. По соотношению между стоком и испарением озера находятся в подзоне преобладающего испарения, доля осадков и испарения в водном балансе не превышает 75% (Андреева М.А., 1973). Модуль стока изучаемой территории составляет 3 л/с·км2 (Ресурсы поверхностных вод …, 1973).
В результате аварии с водосборной территории озера Б. Игиш был отселен населенный пункт – деревня Игиш. С 1958 г.
экосистема озера развивается практически без влияния хозяйственной деятельности (естественным путем), что представляет научный интерес в исследовании распределения изотопов в компонентах экосистемы. Отселение населенных пунктов с прибрежной зоны озера Куяш не производилось. На берегу располагаются населенные пункты Б. и М. Куяш, Голубинка.
Удаленность от источника взрыва и гидрологические параметры озерных котловин представлены в таблице 1. Различие параметров исследуемых водоемов в основном по площади озерного зеркала (от 1,6 км на оз. Б. Игиш до 12,5 км2 на оз. Куяш). Максимальные глубины озер лежат в интервале 3,3 – 6,0 м. Форма котловин – полуэллипсоидная и переходная к цилиндрической.
Таблица Морфометрические параметры водоемов Озеро Расстояни Площадь Объем Коэфф. Среднее Тип е от зеркала, водной открыто знач. минерал источника км2 (S) массы, сти ионов, изации млн. м эмиссии, г/л S/Hср км Куяш 32 12,5 53,0 2,98 0,64 C Ca/I Б. 60 1,6 3,6 0,6 0,3 C Mg/I Игиш Согласно рассчитанным коэффициентам открытости (отношение площади зеркала к средней глубине озера) для оз. Куяш наблюдаются хорошие условия ветрового перемешивания;
для оз. Б. Игиш – затрудненные (Захаров С.Г., 2010 г.) Гидрохимическая характеристика исследуемых водоемов включала определение 13 параметров. По величине среднегодовой рН озерной воды определено, что для исследуемых озер характерна слабощелочная среда.
Гидрохимический режим озера Б. Игиш соответствует местному зонально ландшафтному типу, характерному для бореальных лесных озер Урала. Как следствие, вода озера пресная (290 мг/л) гидрокарбонатного класса содового (I) типа группы кальция;
в зимний период – преимущественно сульфатно натриевого (II) типа, группы кальция. Для озера Куяш характерен гидрокарбонатный класс вод содового (I) типа группы магния, с общей минерализацией 640 мг/л. Концентрации основных ионов существенно возрастают зимой в результате процессов ледообразования, но соотношение ионов, как правило, не изменяется. По сравнению с периодом 1956 – 1970 гг.
(Черняева Л.Е. и др., 1977) в последние годы наблюдается общее распреснение изучаемых водоемов, как следствие водных 1999 – 2003 гг.
С целью определения категории трофности исследуемых водоемов были изучены гидрофизические и гидрохимические показатели водной массы оз.
Б. Игиш и Куяш по методике Оксиюк О.П. (1993). Прозрачность по белому диску (в течение летнего и зимнего периода) для исследуемых водоемов изменяется в пределах 0,3 – 0,4 м. Величина цветности в озерах достаточно велика(43-480). Содержание взвешенных веществ в озерах колеблется в пределах в пределах 25 – 28 мг/л.
Для изученных озер не отмечено существенного антропогенного загрязнения биогенными веществами. В целом обнаружено естественное распределение биогенных веществ (соединений азота минерального и фосфор общий), характерное для слабоэвтрофных (оз. Куяш) и эвтрофных (оз. Б. Игиш) водоемов. Максимальные концентрации нитратов и общего фосфора отмечены в зимний период, вследствие отсутствия вегетации. Таким образом, по гидрофизическим и гидрохимическим показателям воды исследуемые водоемы относятся к эвтрофным водоемам.
Содержание 90Sr и 137Cs в воде исследуемых водоемов.
Современные значения удельных активностей радионуклидов 90Sr и 137Cs в исследуемых озерах ВУРСа представлены на рис. 1 и 2. Согласно работам Левиной С.Г. (2008 г.), Трапезникова А.В. (2010 г.), фоновые значения 90Sr и Cs по Уральскому региону составляют 0,09 и 0,04 Бк/л соответственно, что обусловлено их содержанием в глобальных выпадениях на исследуемой территории (Подготовка.., 1997). Уровень вмешательства по Sr в воде составляет 11 Бк/л;
по 137Cs – 5 Бк/л (НРБ – 09/2009).
Удельная активность, Бк/л 0, 0, Б. Игиш Куяш Рис. 1. Удельная активность 90Sr в воде озер в сравнении с уровнем вмешательства (уровень вмешательства обозначен штриховой линией, НРБ-99/2009;
уровень фона по Уральскому региону – сплошной линией) Уровни удельной активности Sr в воде оз. Б. Игиш и Куяш существенно различаются, что связано с различными уровнями первоначального загрязнения и различиями в динамике самоочищения водоемов, обусловленной физико-химическими свойствами водной массы озер.
Как свидетельствуют данные, представленные на рис. 2, значения удельной активности Cs для озера Б. Игиш превышают фон, но значительно меньше уровня вмешательства. Содержание данного радионуклида в водной массе оз. Куяш близко к современному фону по Уральскому региону (0,04 Бк/л). Это объясняется высокой сорбционной способностью 137Cs, а также особенностью аварии 1957 г., при которой вынос 90 Sr составлял около 3,5 % от общей активности радионуклидов, а Cs – доли процента (почти в 10 раз меньше).
0, Удельная активность, Бк/л 0, 0, 0, 0, 0, Б.Игиш Куяш Рис. 2. Удельная активность 137Cs в воде исследуемых озер в сравнении с уровнем фона по Уральскому региону (уровень фона по Уральскому региону обозначен сплошной линией).
Сопоставляя современные уровни удельной активности водной массы исследуемых озер (рис. 1, 2) с уровнем вмешательства (НРБ-99/2009), можно отметить, что вода озер Куяш не требует очистки от радионуклидов.
Результаты измерений удельной активности 90Sr и Cs, полученные на момент загрязнения (1957 г.) и на настоящий момент времени (2010 г.), позволяют рассчитать кратность очищения озер за 53-летний период времени, прошедший с момента загрязнения (табл. 2).
Таблица Значения удельной активности радионуклидов и кратность очищения воды исследованных озер Удельная активность Кратность очищения 90 Озеро Sr, Бк/л Cs, Бк/л 90 Sr Cs 1957 2010 1957 Куяш 21 0,49 0,7 0,03 43 Б. Игиш 1064 4,75 34,7 0,08 224 По рассчитанным значениям кратности очищения водной массы от 90Sr и Cs установлено, что для оз. Б. Игиш характерны высокие значения кратности очищения, это связано с более выраженной степенью эвтрофности по сравнению с оз. Куяш.
Sr/137Cs в воде оз. Б. Игиш выше, чем в оз. Куяш, что не Отношение согласуется с обнаруженными ранее закономерностями об уменьшении этой величины по мере удаленности от точки взрыва (Левина С.Г., 2008). Это связано с тем, что, согласно картографическим данным, оз. Б. Игиш находится непосредственно на оси Следа, но дальше от эмитента взрыва (60 км), а оз. Куяш смещено от оси, но расположено ближе к источнику взрыва (32 км).
Результаты расчета запаса радионуклидов в водной массе исследуемых озер приводятся в табл. 3.
Таблица Запас радионуклидов в водной массе озер (2007-2010 гг.) Объем, 90 Озеро Sr, ГБк Cs, ГБк V млн.м Куяш 53,0 25,9±0,5 1,59± 0, Б. Игиш 3,6 17,1±0,3 0,29±0, При анализе данных табл. 3 можно отметить, что максимальные запасы 90 Sr и Cs наблюдаются в оз. Куяш, что, возможно, связано с большим объемом водной массы по сравнению с оз. Б. Игиш.
Характеристика донных отложений. При отборе донных отложений наблюдалась стандартная закономерность изменения внешнего вида донных отложений в зависимости от физико-химических параметров водной массы водоема (Страхов Н.М., 1993): в пресных озерах формируются коричнево бурые (зеленоватые), рыхлые, слабоконсолидированные, органогенные грубо- и мелкодетритные донные осадки.
Поверхностные слои донных отложений оз. Б. Игиш представляют собой грубодисперсные органические илы с большим количеством слаборазложившихся растительных остатков. Специфика донных отложений данного водоема обусловлена внесением значительного количества чужеродного органического вещества – навоза с целью ликвидации озерной рыбы. Эти особенности, по всей видимости, влияют на процессы миграции и 90 перераспределения Sr и Cs в слоях донных отложений, а также в иной степени «готовности» этих элементов к выходу из осадков в водную массу.
В центре оз. Куяш илы залегают мощным слоем, верхняя часть которого имеет следующее строение: 0 – 32 см - слабоминерализованные темно-бурые сапропелевые илы без выраженной минерализации, 32 – 50 см – темно-бурого цвета консолидированный сапропель с раковистыми изломами;
65-80 см – серый сапропель с мелкой ракушью и растительными остатками.
Глубже расположен коричневый ил.
Влажность илов озера Куяш по разрезу залежи с глубиной падает с 92% до 87%. При этом влажность верхних горизонтов изменяется незначительно.
Влажность илов озера Б. Игиш значительно ниже. Верхний оливково-серый слой содержит до 81%, серо-оливковый – 79%, серый – 77%. Образцы донных отложений анализировались на содержание органического вещества по потерям при прокаливании (ППП, t=+500°С). Органическое вещество является важнейшим компонентом озерной седиментации и служит показателем условий осадконакопления. Для оз. Куяш отмечено увеличение доли органического вещества в разрезах донных отложений. Потери при прокаливании составляют 45-50 %. Таким образом, оз. Куяш накапливает бурый сапропель, имеющий низкую минерализацию и активно участвующий в круговороте веществ и энергии данной экосистемы. Состав донных отложений оз. Куяш иной, чем в оз. Б. Игиш. Для донных осадков оз. Б.
Игиш потери при прокаливании составляют 70-85%;
илы данного водоема относятся к собственно сапропелям.
На состав донных отложений озерных экосистем влияет минерализация водной массы водоемов: оз. Б. Игиш претерпевал изменения от заболоченного пресного водоема к более минерализованному и далее к современному распреснению водной массы (Левина С.Г., 2007) на этом же временном промежутке минерализация оз. Куяш изменялась незначительно.
Наличие в толще осадков оз. Б. Игиш как озерных сапропелей, так и прослоек торфа указывает на перерывы в озерном осадконакоплении и наступлении болотных эпох.
90 Уровни содержания и распределение Sr и Cs в донных отложениях исследованных озер. Послойный отбор донных отложений 90 позволил изучить вертикальное распределение Sr и Cs в грунтах озер Куяш и Б. Игиш.
Для донных отложений оз. Куяш характерно плавное уменьшение значений удельной активности Sr (диапазон концентраций от 970 до Бк/кг). По содержанию Cs илы можно подразделить на два слоя: верхний (концентрации от 1700 до 4700 Бк/кг) и нижний, в котором наблюдается монотонное уменьшение – до 70 Бк/кг.
Частота встречаемости, % 0 5 10 15 20 25 30 Глубина, см Рис.3. Распределение 90Sr и 137Cs по колонке илов оз. Куяш (условные обозначения: распределение 137Cs – сплошная линия;
распределение 90Sr –штриховая линия) Распределение радиоизотопов Sr в осадках оз. Куяш стандартное для водоемов, испытавших антропогенное загрязнение: максимальные концентрации поллютантов в верхних слоях (с небольшими флуктуациями), вниз по разрезу они монотонно уменьшаются. Анализируя распределение Cs по профилю илов оз. Куяш, можно отметить пик 12-14 см, возможно, он отражает воздействие ветрового разноса оз. Карачай 1967 г., который характеризуется большим вкладом Cs в радиоактивное загрязнение территории (Трапезников А.В., 2010).
Анализируя распределение 90Sr и 137Cs в донных отложениях оз. Б. Игиш (рис. 4), можно выделить слой 10-14 см. Возможно, он отражает не только воздействие аэральных выбросов 1957 г., но и дополнительное внесение органического вещества (навоза), которое вызвало перестройку всей озерной экосистемы и изменение миграционных процессов.
Частота встречаемости, % 0 5 10 15 20 25 30 Глубина, см Рис. 4. Распределение 90Sr и 137Cs в донных отложениях оз. Б. Игиш (условные обозначения: распределение 90Sr – сплошная линия;
распределение Cs– штриховая линия) 90 Небольшой процент активности Sr и Cs в поверхностных слоях донных отложений озер Б. Игиш может быть связан с минерализацией и наличием крупнозернистых иловых агрегатов, обуславливающих низкую сорбционную способность таких грунтов.
Определены запасы радионуклидов в донных отложениях в отобранных колонках илов в слое до 40 см (табл. 4).
Таблица Значения запаса радионуклидов в донных отложениях (0-40 см) 90 Озеро Sr, ГБк Cs, ГБк Куяш 160 ± 3,2 215±9, Б. Игиш 627 ± 12,5 109,4±2, Изучение характера распределения долгоживущих радионуклидов по колонке донных отложений спустя десятилетия после аварии выявило, что на территории оз. Б. Игиш, не испытывающей антропогенной нагрузки с 90 момента аварии, в распределении Sr и Cs по колонке илов сохраняется 90 хорошо выраженный градиент – 40% Sr и Cs удерживаются в верхних слоях. На территории оз. Куяш отмечено более равномерное по сравнению с оз. Б. Игиш вертикальное распределение 90Sr в грунтах.
Были рассчитаны плотности загрязнения радионуклидов в донных отложениях исследуемых озер в слое до 30 см (табл. 5).
Таблица Значения плотности загрязнения донных отложений (2010 г.) Плотность загрязнения, кБк/м Озера 90 Sr Cs Куяш 0,51±0,01 0,83±0, Б. Игиш 8,7±0,2 4,9±0, Высокие значения плотности загрязнения радионуклидами илов характерны для оз. Б. Игиш, расположенного непосредственно на оси следа.
Основной вклад в загрязнение профиля донных отложений оз. Б. Игиш вносит 90Sr. Илы оз. Куяш в большей степени загрязнены Cs, что связано с последствиями ветровой эрозии пересохших побережий водоема Карачай в 1967 г.
Полученные данные по плотности загрязнения донных отложений согласуется с данными по загрязнению почвенного покрова территории ВУРСа. Согласно карте плотности загрязнения почв северных территорий 90 Челябинской области Sr и Cs (1997) почвы оз. Б. Игиш загрязнены преимущественно 90Sr (плотность 8-10 Ки/км2);
почвы оз. Куяш испытывают загрязнение по 137Cs (2-6 Ки/км2).
В системе «вода – донные отложения» исследуемых озер были рассчитаны величины коэффициента дискриминации (Кд) для пар Sr/Ca и Cs/K. Для оз. Б. Игиш Кд Ca/ 90Sr = 0,7 и Кд K/ Cs = 1,13. Для оз. Куяш Кд Ca/ 90Sr = 5,3 и Кд K/ Cs=1,25.
Коэффициент дискриминации для пары Ca/ 90Sr в донных осадках оз. Б.
Игиш составляет меньше единицы, следовательно, в этих условиях Sr переходит из водной среды в донные отложения в относительно большем количестве по сравнению с кальцием. Анализ полученных величин показал, что грубодедритные торфообразные донные отложения, богатые органическим веществом, преимущественно сорбируют 90Sr.
Илы оз. Куяш представлены сапропелем;
коэффициент дискриминации для пары Ca/ Sr больше единицы для донных осадков оз. Куяш, что свидетельствует о более медленном переходе Sr из водной среды относительно кальция. Для пары K/137Cs в донных осадках исследуемых озер Cs/ 90Sr значения Кд на накапливается преимущественно калий. Для пары исследуемых водоемах больше единицы, что указывает на преимущественную сорбцию грунтами 137Cs.
Определены значения коэффициента накопления (КН) долгоживущих 90 радионуклидов Sr и Cs донными отложениями озер Б. Игиш и Куяш (табл. 6) Таблица Значения КН радионуклидов 90Sr и 137Cs донными осадками исследуемых озер (2010 г.) Слой, см Б. Игиш Куяш 90 137 90 Sr Cs Sr Cs 0-12 650 12036 1679 12-32 720 11502 778 32-50 985 11102 296 Согласно полученным величинам КН данных радионуклидов илам оз. Б.
Игиш и Куяш (табл.6) можно отметить, что на эти величины влияют степень минерализации воды озера и состав донных отложений. В пресных водоемах процессы поглощения Sr водной высшей растительностью выражены в большей степени, чем для соленых озер, что приводит к накоплению данного радионуклида в верхних слоях илов после сезонного отмирания биоты.
(Позолотина В.Н. и др. 2008). Значения КН Sr в верхних слоях илов оз.
Куяш (общая минерализация 0,64 г/л) выше аналогичных значений для оз. Б.
Игиш (0,3 г/л). Кроме того, специфика донных осадков оз. Б. Игиш (высокое содержание органического вещества) создает условия для миграции 90Sr, что объясняет более низкие значения КН по сравнению с оз. Куяш в верхнем слое (0-32 см) и более высокие в нижнем слое (32-50 см). Значение КН 137Cs в слое 0-32 см донных отложений больше для оз. Куяш, чем для оз. Б. Игиш, что, вероятно, связано с радиационным инцидентом 1967г.
Микроэлементы в воде и донных отложениях оз. Куяш и Б. Игиш.
Для выявления степени антропогенного влияния на исследуемые водоемы было изучено содержание микроэлементов (Fe, Mn, Cu, Zn, Ni, Co) в водной массе, а также их вертикальное распределение по колонке донных отложений. Антропогенного загрязнения микроэлементами воды исследуемых озер не выявлено (табл. 6).
Таблица Содержание микроэлементов (мг/л) в воде исследуемых озер Fe Mn Cu Zn Ni Co Б. Игиш 0,046± 0,015± 0,0013± 0,010± 0,0043± 0,0019± 0,013 0,013 0,0005 0,075 0,0013 0, Куяш 0,039± 0,014± 0,001± 0,013± 0,006± 0,0045± 0,010 0,006 0,0002 0,003 0,0023 0, ПДК 0,1 0,01 0,001 0,01 0,1 0, (Перече нь)* Примечание: * перечень предельно допустимых концентраций…, Концентрация тяжелых металлов и их содержание в верхнем слое донных отложений озер Куяш и Б. Игиш свидетельствуют об отсутствии техногенной нагрузки. Особенности распределения изученных тяжелых металлов в колонке илов 0-30 см заключаются в том, что наблюдается относительно небольшая амплитуда колебаний всех значений по сравнению с озерами Челябинской области, испытавшими техногенное воздействие (Удачин В.Г. и др., 2002).
ВЫВОДЫ:
1. Выявлено высокое значение удельной активности Sr в воде оз. Б.
Игиш (4,75 Бк/л) по сравнению с водной массой оз. Куяш (0, Бк/л). Загрязнение по Cs незначительно (0,08 и 0,03 Бк/л соответственно).
90 2. Установлено, что значения кратности очищения по Sr и Cs для воды эвтрофного озера Б. Игиш (224 и 434 соответственно) на порядок превышают аналогичные величины для менее эвтрофного оз. Куяш (43 и 23 соответственно).
3. Определено различие в характере распределения радионуклидов по слоям донных отложений: в верхнем слое 0- 10 см илов оз. Б. Игиш сосредоточено до 40% 90Sr и 137Cs;
в оз. Куяш – 74%.
90 4. Обнаружено, что различия по плотности загрязнения Sr и Cs донных отложений озер согласуются с данными по загрязнению почвенного покрова на территории ВУРСа. Основной вклад в загрязнение донных осадков оз. Б. Игиш вносит 90Sr (8,7 кБк/м2);
для оз. Куяш - 137Сs (0,83 кБк/м2).
5. Установлено влияние степени минерализации воды озер и состава донных отложений на величины коэффициентов накопления90Sr и Cs илами исследуемых водоемов в верхнем слое (0-12 см): КН90Sr для солоноватого оз. Куяш выше (1679), чем для пресного Б. Игиш (685).
6. Выявлено, что исследованные озера по микроэлементам (Fe, Mn, Cu, Zn, Ni, Co) не испытывают антропогенного загрязнения.
Список работ, опубликованных по теме диссертации Статьи в журналах, рекомендуемых ВАК РФ Левина С. Г., Аклеев А.В., Дерягин В.В., Удачин В.Н., Корман Г.Г., 1.
Сутягин А.А., Мухаметшина Л.Ф. Особенности аккумуляции долгоживущих радионуклидов и микроэлементов в почвах водосборных территорий озер Большой и Малый Игиш в поставарийный период (средняя часть ВУРСа) // Вопросы радиационной безопасности –2009. №1. - С. 63-72.
Левина С.Г., Корман Г.Г., Мухаметшина Л.Ф.Физико-химические 2.
параметры, микроэлементы, содержание и распределение долгоживущих радионуклидов в супераквальных почвах озер Большой и Малый Игиш, расположенных в зоне ВУРСа / Вестник Челябинского государственного педагогического университета - № 03- 2009.- С. 302-311.
Левина С.Г., Дерягин В.В., Мухаметшина Л.Ф., Попова И.Я. Общие 3.
закономерности миграции долгоживущих радионуклидов и микроэлементов в донных отложениях озерных экосистем Большой Игиш и Урускуль на современном этапе развития (территория ВУРСа) / // Вестник Оренбургского государственного университета – спецвыпуск. октябрь 2009. - С. 280-282.
Мухаметшина Л.Ф., Дерягин В.В., Левина С.Г., Сутягин А.А.
4.
Радионуклиды в основных компонентах некоторых озерных экосистем Восточно-Уральского радиоактивного следа/ Вестник Челябинского государственного педагогического университета - № - Другие публикации 5. Левина С.Г., Корман Г.Г., Мухаметшина Л.Ф. Радиоэкологическое и гидрохимическое состояние озерных экосистем Б. Игиш и Куяныш Восточно-Уральского радиоактивного следа (Челябинская область) // Материалы II международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы экологии и природопользования в Казахстане и сопредельных территориях» 23-24 октября 2007 г. – Павлодар, 2007. – Т. 1. – С. 81-83.
6. Мухаметшина Л.Ф., Левина С.Г.Микроэлементы в воде и донных отложениях озерных экосистем Тургояк и Шаблиш // Материалы VI Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Экология и научно-технический прогресс». – Пермь: Изд-во Перм. госуд. техн. ун-та, 2007. – С. 40-45.
7. Левина С.Г., Попова И.Я., Корман Г.Г., Мухаметшина Л.Ф.
Сравнительная характеристика содержания 90Sr и 137Cs в биоте озерных экосистем центральной и дальней зоны ВУРСа (на примере озер Б. Игиш и Куяныш) // Проблемы радиоэкологии и пограничных дисциплин. – Екатеринбург. – 2007. – Вып. 11. – С. 347-358.
8. Корман Г.Г., Левина С.Г., Мухаметшина Л.Ф., Синенко Н.Н. Содержа ние, распределение, формы нахождения радионуклидов и микро элементов в донных отложениях озер периферийной зоны ВУРСа // Экология и безопасность жизнедеятельности. Сборник статей VII Международной научно-практической конференции. Декабрь 2007 г. – Пенза. – 2007. – С. 102-104.
9. Левина С.Г., Аклеев А.В., Корман Г.Г., Мухаметшина Л.Ф. Некоторые закономерности содержания и накопления 90Sr и 137Cs водной высшей растительностью озерных экосистем Урускуль, Большой и Малый Игиш // Вестник ЧелГУ. – Челябинск, 2008. – С. 137-141.
10. Левина С.Г., Мухаметшина Л.Ф., Корман Г.Г. Радиоэкологическая ситуация периферийной зоны ВУРСа (на примере озер Шаблиш, Травяное, Куяныш) // Материалы областной научно-практической конференции «Охрана водных объектов челябинской области.
Современные технологии водопользования». – Челябинск. – ЮурГУ, 2008. – С. 141 - 146.
11. Левина С.Г., Корман Г.Г., Мухаметшина Л.Ф. Высшая водная растительность некоторых озерных экосистем Восточно- Уральского радиоактивного следа // Материалы региональной научно-практической конференции «Проблемы экологии и экологического образования Уральского федерального округа». – Челябинск. – 15-17 апреля 2008. – С.
221-225.
12. Корман Г.Г., Дерягин В.В., Удачин В.Н., Левина С.Г., Сутягин А.А., Мухаметшина Л.Ф. Физико-химическая характеристика почв водосборной территории озер Большой и Малый Игиш, расположенных в зоне ВУРСа // Проблемы радиоэкологии и пограничных дисциплин. – Екатеринбург, Вып. 12. - 2008. – С. 368 – 13. Сутягин А.А., Корман Г.Г., Мухаметшина Л.Ф. Некоторые закономерности распределения химических поллютантов в основных компонентах озерных экосистем ВУРСа (почва водосборных территорий – вода – донные отложения) // Материалы II Международной научно практической конференции «Адаптация биологических систем к естественным и экстремальным факторам среды». – Челябинск, 2008. – С. 72-77.
14. Дерягин В.В., Удачин В.Н., Левина С.Г., Мухаметшина Л.Ф. Распреде ление и миграция долгоживущих радионуклидов и микроэлементов в донных отложениях некоторых озерных экосистем ВУРСа // Материалы Объединенной III Всероссийской конференции по водной токсикологии «антропогенное влияние на водные организмы и экосистемы. – Борок, 2008. – С. 22-26.
15. Левина С.Г., Дерягин В.В., Мухаметшина Л.Ф. Аккумуляция и миграция долгоживущих радионуклидов в донных отложениях озер дальней зоны ВУРСа / // Материалы III международной конференции «Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека» (23-27 июня г.) – Томск. – 2009. - С. 320-321.
16. Левина С.Г., Мухаметшина Л.Ф. Распределение и формы нахождения Sr и 137Cs в донных отложениях некоторых озер ВУРСа // Сборник тезисов докладов Международного молодежного научного симпозиума «Безопасность биосферы – 2009», 5-7 мая 2009 г. Екатеринбург, УГТУ – УПИ, 2009. с. 127.
17. Сутягин А.А., Левина С.Г., Дерягин В.В., Мухаметшина Л.Ф. К вопросу о радиоэкологическом состоянии некоторых озер средней и дальней зоны ВУРСа// Материалы Международной научной конференции по аналитической химии и экологии (6-8 октября 2010г.) – Алматы. – 2010. – С. 75-78.