книги из ГПНТБ / Марей, А. Н. Глобальные выпадения цезия-137 и человек

виях наблюдалось на Фарерских островах 1.73], в Швеции — в местах с почвенным покровом, богатым органическими вещест­ вами [74], и на территории отдельных штатов США [75, 76]. В Советском Союзе повышенная миграция Cs137 из почвы в ра­ стения впервые установлена на территории Прмпятьско-Деснин- ского полесья [77, 78]. В последующем подобные явления, но с меньшей скоростью миграции были обнаружены в отдельных пунктах Мещеры, Верхне-Волжской низины и Камско-Вятской низины [79].

Загрязнение открытых водоемов Cs137, содержащимся в стра­ тосферных осадках,, происходит путем непосредственного осаж­ дения радиоактивных аэрозолей из атмосферного воздуха на зеркало водоема и в результате смыва их талыми и ливневыми водами с территории бассейна питания данного водоема.

Попавший в водоем Cs137 распределяется между его компо­ нентами неравномерно. Из результатов исследований, получен­ ных в условиях лабораторного эксперимента на модельном во­ доеме, следует, что основное количество (до 90%) Cs137,’ по­ павшего в водоем, кумулируется в грунтах дна, около 4% погло­ щается биомассой и только около 6% остается в воде [80].

Миграция Cs137 из водоема в организм человека происходит различными путями. Наиболее простым является непосредствен­ ное использование воды для питья и приготовления пищи. В ус­ ловиях, создающихся в результате глобальных выпадений, по­ ступление Cs137 в организм человека с питьевой водой, взятой из открытых водоемов, при децентрализованном водоснабжении со­ ставляет около 3% поступления его с пищевым рационом, а при централизованном водоснабжении — лишь доли процента. Что же касается грунтовых и тем более подземных вод, то в них этот изотоп практически отсутствует.

Миграция Cs137 из водоема может происходить и по цепи вода — рыба — человек. В этой цепи накопление изотопа, по­ ступающего в организм рыбы с кормом, играет подчиненную роль [81].

Согласно данным натурных наблюдений и лабораторных ис­ следований накопление Cs'37 в тканях рыб отличается большой

обитающих в тех же водоемах планктоноядных и бентосоядных рыб значение этих коэффициентов составляет 200—500 [82—84]. Столь большое различие коэффициентов накопления зависит от ряда факторов. Среди них существенную роль играет солевой состав воды и, в частности, концентрация в ней калия, между со­ держанием которого в воде и содержанием Cs137 в тканях рыбы имеется обратная зависимость, установленная как в лаборатор­

* Под коэффициентом накопления понимают отношение удельной актив­ ности тканей рыбы к удельной активности воды.

20

ном эксперименте, так и в натурных условиях в некоторых круп­ ных водоемах [83, 85, 86].

Наглядной иллюстрацией этого положения может служить табл. 1.1. Наиболее бедные по солевому составу воды характер­ ны для северо-западной части европейской территории Совет­ ского Союза и, в частности, для озер Карелии. В воде озер, рас­ положенных к юго-востоку и югу, концентрации калия и других солей возрастают. Соответственно уменьшаются уровни содер­ жания Cs137 в рыбе.

Высокие коэффициенты накопления Cs137 в рыбе, обитающей в озерах со слабоминерализованной водой, делают этот путь миграции Cs137 из водоема в организм человека существенным при постоянном употреблении рыбы в большом количестве. По­ добное явление, например, наблюдается в некоторых селах, рас­ положенных на берегах озер Карелии, где рыба местного улова является одним из основных компонентов рациона [82].

Кроме непосредственного поступления Cs137 в организм че­ ловека с рыбой существуют и более сложные пути миграции. К ним относится поступление Cs137 из водоема в организм сель­ скохозяйственных животных во время водопоя, в результате чего молоко и мясо могут загрязняться изотопом. Однако прак­ тическая значимость этого пути весьма относительна, так как в период глобальных выпадений вклад Cs137, поступающего с водой (из водоема), в суммарное содержание его в рационе ко­ ровы составляет доли процента.

Большую роль может играть миграция Cs137 из водоема по цепи вода — почва — растение— животное — человек. Основное значение в этой цепи имеют первые два звена. Поступление из водоема загрязненной Cs137 воды (и особенно ила) в земельные угодья возможно при ирригации, вследствие затопления поймен­ ной территории в период паводка и при других условиях. Как

21

Г Л А В А 2

БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ПРОВИНЦИИ С ПОВЫШЕННОЙ БИОГЕННОЙ МИГРАЦИЕЙ ЦЕЗИЯ-137 ИЗ ПОЧВЫ

ЗОНАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПРИРОДНЫХ УСЛОВИИ, СПОСОБСТВУЮЩИЕ МИГРАЦИИ ЦЕЗИЯ-137

Миграция химических веществ из почвы в организм человека по существу представляет собой только часть цепи, по которой происходит круговорот их в природе. Миграция Cs137, хотя ом и имеет искусственное происхождение, не является исключением.

ние. Скорость перехода Cs137, равно как и других химических элементов, из почвы в растения зависит от комплекса факто­ ров, вызванных в основном природными условиями. В раз­ ных географических зонах эти условия различны, что связано главным образом с особенностью формирования и составом почв.

Почвы образуются в результате совокупного действия ряда факторов, которые можно разбить на пять групп: климат мест­ ности, материнские горные породы, растительные и животные организмы (биологический фактор), рельеф и возраст страны [90, 91]. Немаловажное значение в почвообразовании имеет так­ же деятельность человека. Ведущим в почвообразовательном процессе является биологический фактор. В зависимости от со­ четания названных факторов почвы обладают различным соста­ вом и свойствами. Поэтому основные типы почв в географиче­ ском распределении подчиняются закону зональности [90, 92] и распределяются на поверхности материков в виде поясов или зон приблизительно в широтном направлении [93, 94].

Разнообразие основных географических зон согласно суще­ ствующей классификации можно схематически представить в виде краткого перечня, включающего в себя зоны: тундровую, таежную нечерноземную, лесостепную и степную черноземные, горную, зону полупустынь, а также азональные территории.

Исходя из задач настоящего исследования, целесообразно коснуться преимущественно таежной нечерноземной зоны.

Любую зону нельзя рассматривать как однородную. Все они имеют мозаичный характер и могут быть разделены на отдель-

23

ные биогеохимические провинции *. В основе учения о бногеохимических провинциях, выдвинутого А. П. Виноградовым, лежит представление о миграции макро- и микроэлементов в системе почва— растение — животный организм. Эта триада является единой, в которой понимание одной части невозможно без пони­ мания остальных звеньев [96]. В пределах каждой биогеохимической провинции комбинируются признаки зон по концентра­ циям химических элементов и их соотношениям. Как правило, указанные провинции переходят одна в другую, но иногда име­ ют довольно выраженные границы.

В связи с особенностями формирования почвенного покрова характер почв на территории упомянутых зон различен. Напри­ мер, тундровой и таежной зонам свойственны нечерноземные (кислые) почвы, тогда как в лесостепной и степной зонах пре­ обладают черноземы (имеющие обычно нейтральную реакцию). В зоне полупустынь основное место занимают сероземные, бу­ рые почвы и солончаки (со щелочной и сильнощелочной реак­ цией). Почвы горных зон отличаются значительным разнообра­ зием, что связано с особенностями почвообразующих пород (преимущественно изверженных и метаморфизированных) и, как правило, небольшой мощностью.

Из данных, характеризующих химический, минералогический, механический состав черноземов [97, 98], а также из общеиз­ вестных закономерностей поведения Cs137 в почве и его мигра­ ции в растения следует, что в пределах лесостепной и степной зон, где преобладающим типом почв являются черноземы, ожи­ дать интенсивной миграции этого изотопа из почвы в растения трудно. В условиях сухих степей и полупустынь с их своеобраз­ ным климатом, где для почв характерно соленакопление [96, 99] при выраженной щелочной реакции, подвижность Cs137 в почвах ограничена, равно как и возможность его миграции в растения по корневой системе. Таким образом, в пределах чер­ ноземных лесостепной и степной зон, а также в зоне полупу­ стынь из-за своеобразия их природных условий вероятность повышенного перехода Cs137 из почвы в растения весьма огра­

ничена.

Такое положение подтверждают фактические данные наших многолетних наблюдений на территории Советского Союза за содержанием Cs137 в пищевых продуктах, согласно которым концентрации этого изотопа в пищевых продуктах растительно­ го и животного происхождения, производимых в пределах ука­ занных зон, всегда были минимальными.

Иная обстановка складывалась на территории нечерноземной зоны. За последние годы в разных провинциях этой зоны наблю-

* Под биогеохимическимн провинциями понимают области, различаю­ щиесяпо содержанию в почвах, водах химических элементов или соедине­ ний, с которыми связаны определенные биологические реакции местной фло­ ры и фауны [95].

24

далось существенное различие между уровнями содержания Cs137 в однотипных пищевых продуктах местного производства (в молоке, мясе и др.). В связи с этим необходимо несколько подробнее осветить характеристику природных условий данной зоны, которые могут влиять на подвижность Cs137 в почвах и на дальнейший его переход по биологическим и пищевым цепям в организм человека.

В нечерноземной зоне встречаются различные типы почв. На Крайнем Севере в пределах обширной территории тундры, за­ нимающей до 15% площади СССР, основными типами почв яв­ ляются тундровые болотные и скрытоподзолистые почвы с не­ большим содержанием перегноя и с повсеместным развитием болотного и глеевого процессов [100]. Реакция почв кислая или сильнокислая. Геохимическая особенность тундрового ландшаф­ та состоит в бедности вод и почв минеральными соединениями, что в основном связано со слабой интенсивностью процесса ми­ нерализации растительных остатков. Попадающие в почву и во­ доемы подвижные минеральные вещества интенсивно поглоща­ ются организмами тундры и переводятся ими в нерастворимые органические соединения. Эти соединения после отмирания ор­ ганизмов очень медленно переходят вновь в растворимое состоя­ ние, оставаясь в течение длительного времени в малоподвижной форме мертвого органического вещества. Бедность почв и вод минеральными веществами, необходимыми для жизнедеятель­ ности растений, является непосредственной причиной того, что, несмотря на полную возможность по климатическим условиям произрастания травянистой растительности, последняя встреча­ ется здесь редко. Преобладающей формой растительности, осо­ бенно в северной части тундры, являются лишайники, которые содержат мало зольных веществ (и то главным образом в фор­ ме нерастворимых соединений) [97].

Учитывая это обстоятельство, можно полагать, что причиной наблюдающегося повышенного накопления Cs137 в лишайниках тундры наряду с воздушным путем загрязнения является и поч­ венный путь. Это предположение подтверждают результаты ла­ бораторных экспериментов [101], согласно которым лишайники захватывают из почвы Cs137 в 200—400 раз больше, чем травы. 11ричем~погТіоІцёниё‘'ими Cs1-37 в течение первых трех месяцев составляло 2—4% внесенного в почву количества, а Srso —

только 0,1—0,3%.

Исходя из общих закономерностей, определяющих поведение Cs137 в системе почва — растение, также можно предполагать, что интенсивность миграции его из почвы в растения на разных участках тундры при одинаковой степени водонасыщенности различна. Она зависит от минералогического, химического и механического состава почв. Поэтому в меньшей мере мигра­ ция Cs137 выражена на участках, где почвообразующими поро­ дами являются тяжелые суглинки [102]. Наибольшего перехода

25

этого изотопа из почвы в растения следует ожидать в пределах участков, где почвы сформированы на песках, содержащих мало глинистых материалов (в частности, гидрослюд), и низкие кон­ центрации калия (к тому же если эти почвы насыщены водой).

Говоря о следующем звене пищевой цепи, по которой проис­ ходит миграция радиоактивных изотопов, необходимо отметить, что в связи с недостатком в почве, воде и лишайниках таких химических элементов, как кальций, калий, натрий, фосфор и другие, зимой северные олени испытывают резкое минеральное и азотное голодание. Это способствует накоплению в их орга­ низме радиоактивных изотопов (Cs137, Sr90), поступающих с кор­ мом (лишайником) преимущественно на протяжении зимнего сезона. Это обстоятельство говорит о том, что природные осо­ бенности почв тундры способствуют процессу миграции Cs137 по цепи лишайник — олень — человек.

Между тундрой и лесостепной зоной находится обширная территория нечерноземной зоны, носящая название таежной. Почвы, сформировавшиеся в период существования здесь об­ ширных лесных массивов, в значительной мере сохранили свои свойства, в силу чего название зоны вполне оправдано. Почво­ образующими породами в этой зоне преимущественно являются древнеледниковые и древнеаллювиальные отложения, пред­ ставленные моренными глинами, суглинками, супесями и песками.

Основными типами почв являются подзолистые и дерновоподзолистые почвы, в северной части зоны —■подзолисто-болот­ ные. Последние (чаще в виде торфяно-болотных почв) в этой, а также в более южной части таежной зоны обычно вкраплены пятнами, однако в некоторых местах они образуют и сплошные массивы (например, в южной части БССР, в северо-западной части УССР) [97, ЮЗ]. Изредка в виде вкраплений встреча­ ются дерново-карбонатные почвы.

Почвообразовательный процесс для различных видов подзо­ листых почв таежной зоны в принципе одинаков. Суть его за­ ключается в следующем. Образующиеся при разложении лесной подстилки органические кислоты разрушают находящиеся в поч­ ве карбонаты кальция, калия, натрия и минеральную часть поч­ вы (алюмо- и ферросиликаты). Продукты разрушения выносятся с почвенными растворами в нижние горизонты почвы, где нейт­ рализуются находящимися там основаниями и осаждаются. В результате вымывания из верхних слоев почвы растворимых солей в них возрастает относительное количество нераствори­ мого кварца в виде тончайшего аморфного порошка (напомина­ ющего золу), придающего этому горизонту (Аг) белесую или светло-серую окраску. Подзолообразовательный процесс наи­ более ярко выражен в почвах, формирующихся под хвойными лесами на супесчаных и песчаных породах. В результате обедне­ ния подзолистых почв основаниями они имеют слабокислую или кислую реакцию.

26

У дерново-подзолистых почв подзолообразовательный про­ цесс протекает одновременно с дерновым, который представляет собой совокупность явлений, вызываемых развитием травянистой растительности, способствующей накоплению в почве перегноя, кальция, калия, магния и отчасти железа. Однако химические формы образующихся соединений этих элементов обладают хо­ рошей растворимостью, что создает условия для их миграции в глубьлежащие слои. Не вымывается практически только непо­ движный кварц. Существенным препятствием выносу указанных элементов из почвы являются растения, поглощающие корневой системой значительную их часть.

Следовательно, растения, с одной стороны, способствуют пе­ реходу химических элементов в подвижное состояние (создают кислую среду в почве), а с другой — захватывают и фиксируют часть их в процессе жизнедеятельности. Таким образом, в ре­ зультате процессов, происходящих в почвах дерново-подзолисто­ го типа, усиливается влияние биогенной аккумуляции ряда хи­ мических элементов [97]. Это обстоятельство приобретает суще­ ственное значение для объяснения особенностей миграции Cs137 из почв указанного типа.

Значительное количество осадков, выпадающих на террито­ рии-таежной зоны с дерново-подзолистыми почвами, приводит к интенсивному вымыванию из почвы водорастворимых солей, что обусловливает наличие в этой зоне преимущественно мягких грунтовых вод (100—500 мг/л), в формировании химического состава которых существенную роль играют продукты разло­ жения органических веществ. Среди катионов в указанных во­ дах преобладают Са2+, среди анионов — НСО^, так как эти

ионы в наибольшем количестве поступают в раствор при раз­ ложении органических веществ.

В почвах, формирующихся на карбонатных породах (дерно­ во-карбонатные почвы), геохимические условия иные. Наличие в водах и поглощающем комплексе столь мощного коагулятора, каким является кальций, препятствует миграции элементов. В силу этих обстоятельств указанные почвы имеют слабощелоч­ ную или нейтральную реакцию, а грунтовые воды обладают зна­ чительной жесткостью [97, 104, 105].

Основными процессами, определяющими формирование забо­ лоченных и болотных почв, являются глеевый и болотный про­ цессы, суть которых заключается в восстановлении (в условиях недостатка кислорода) окисных соединений в закисные. Морфо­ логически эти процессы характеризуются появлением ржавой или сизой окраски.

По степени выраженности глеевого процесса почвы подразде­ ляются на заболоченные, для которых характерно периодиче­ ское переувлажнение, и болотные, формирующиеся при постоян­ ном перенасыщении водой. Для первых характерно сочетание глеевого процесса с подзолистым. В результате формируются

2'

подзолисто-болотные почвы, широко распространенные в север­ ной и средней части таежной зоны. К болотным относятся торфя­ ные почвы, формирующиеся в условиях постоянного переувлаж­ нения, замедленного разложения органического вещества в ана­ эробных условиях и его накопления в виде торфа. Эти почвы исключительно богаты органическими веществами и бедны ми­ неральными [106].

Говоря о явлениях переувлажнения почв, необходимо кос­ нуться некоторых различий между болотными почвами (и боло­ тами), обусловленных разными источниками питания водой. В зависимости от характера питания, как известно, различают два типа болот: верховые и низинные. Верховые болота (сфаг­ новые) формируются за счет питания атмосферными водами на плоских, слабодренированных водоразделах. Низинные боло­ та возникают в условиях питания грунтовыми водами, т. е. бо­ лее минерализованными по сравнению с атмосферными.

В том и другом случае происходит обеднение почв основа­ ниями, вследствие чего реакция их кислая (верховые болота) или слабокислая (низинные). Различие в степени обеднения обусловлено характером «промывных» вод и интенсивностью их обмена. Для верховых болот характерна «промывка» слабоми­ нерализованными атмосферными водами. Деминерализация почв низинных болот обусловлена промывкой их грунтовыми или под­ земными водами с более высоким солевым составом по сравне­ нию с атмосферными водами. Поэтому эффект промывки ни­ зинных болот может быть меньше эффекта промывки верховых

Таким образом, заболоченные и болотные почвы обычно бед­ ны минеральными солями, очень богаты органическими вещест­ вами, имеют низкие значения pH и характеризуются постоянным (болотные) или периодическим (заболоченные) переувлажне­ нием. Следовательно, они обладают свойствами, создающими оптимальные условия для миграции Cs137 как в самих почвах, так и по цепи почва— растение.

Характерной особенностью болотных вод является присутст1 вие в них железа, марганца, а также большого количества орга­ нических веществ, образующихся в процессе неполного разло­ жения растительных остатков. Вода при фильтрации через бед­ ные солями болотные почвы обогащается большим количеством органических веществ и в очень малой степени ионами. В силу указанных обстоятельств как грунтовые воды таежной зоны, так и воды открытых водоемов имеют коричневую окраску различ­ ной интенсивности, что обусловлено присутствием в них значи­ тельного количества растворенных органических веществ. По со­ левому составу все указанные воды относятся к гидрокарбонат- но-кальциевому типу. Концентрация минеральных солей в воде

28

озер и рек, а также в грунтовых водах северных широт низка. По мере удаления от северо-западных районов (Мурманская область, Карелия) по направлению к юго-востоку наблюдается отчетливо выраженная тенденция к возрастанию солевого соста­ ва воды указанных источников. Эти изменения характеризуют одно из проявлений геохимической зональности.

Таким образом, в разных географических зонах под воздей­ ствием природных факторов сформировались условия, способ­ ные в различной мере влиять на степень миграции Cs137 глобаль­ ных выпадений из внешней среды в организм человека. Наиболее благоприятные условия для миграции Cs137 по цепи почва — ра­ стение создаются в пределах зон с торфяно-болотными и дерно­ во-подзолистыми песчаными почвами.

КРАТКАЯ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИЗУЧАВШИХСЯ БИОГЕОХИМИЧЕСКИХ ПРОВИНЦИИ

Вплане изучения гигиенических аспектов проблемы Cs137 глобальных выпадений как фактора внутреннего облучения на­ селения наибольший интерес представляют сельскохозяйствен­ ные районы, где производятся пищевые продукты массового по­ требления. Существенное значение при планировании подоб­ ных исследований имеет плотность сельского населения в районе.

Всвязи с этим на территории таежной зоны наиболее при­ стального внимания заслуживают так называемые полесья представляющие собой разновидности биогеохимических провин­ ций, занимающие значительную часть зоны.

ВЕвропейской части Советского Союза эти низины нахо­

низин составляет свыше 0,2 млн. км2. Несмотря на географиче­ ские, современные климатические и другие различия, родствен­ ным для этих низин является их примерно однотипное проис­ хождение. Образовавшаяся в областях древнетектонического по­ нижения Русской равнины часть этих низин в периоды матери­ ковых оледенений представляла собой предледниковую (пергляциальную) зону скопления талых ледниковых вод в виде обшир­ ных озерных бассейнов и потоков, где отложилась масса песка.

Внекоторых местах древнеаллювиальные отложения связаны

сруслами древних рек. Примером этого могут служить отло­ жения в Мещерской низменности, на левобережье р. Волги, в Приветлужье. Дальнейшее развитие низин происходило в усло­ виях избыточного увлажнения территории [107—110]. В настоя­ щее время большинство упомянутых выше биогеохимических провинций представляют собой плоские, низменные равнины, че-*

* Под полесьем понимают обширную заболоченную низину, покрытую ле­ сом. В качестве примера может служить Полесье, занимающее бассейн р. Припяти, находящейся на территории БССР и УССР.

29