3.5. Поведение радиоактивных веществ в окружающей среде
Район радиоактивного загрязнения участок Зауральской степи с относительно ровным рельефом. Около 50 % его площади покрыто березовыми лесами, березово-сосновыми насаждениями, а также лугами на водоразделах и в понижениях рельефа. Почвенный покров неоднороден: наиболее распространены серые лесные почвы, чернозем выщелоченный, дерново-подзолистые почвы. Фауна типична для лесостепной зоны насекомоядные и хищные птицы, грызуны (заяц, мыши), парнокопытные (лось, косуля), мелкие хищники. 10 % территории занимают заросшие непроточные озера с небогатой видами ихтиофауной (плотва, окунь, щука, карась, линь).
Перераспределение выпавших радионуклидов началось сразу после загрязнения территории и происходило в основном в вертикальном направлении: с деревьев и травянистого покрова на поверхность почвы, а с поверхности воды в донные отложения. Почвы и донные отложения стали основными аккумуляторами радиоактивности.
Поведение и скорость миграции радионуклидов в почве зависят от ее физико-химических свойств: емкости поглощения, определяемой в первую очередь содержанием обменного кальция4, кислотности, содержания гумуса, илистых фракций, минерального состава песка, водопроницаемости и т.д. Подвижность каждого радионуклида в почве определяется растворимостью его химических соединений в воде и сорбционной способностью почвы по отношению к нему.
По
химической подвижности в характерных
для загрязненного региона почвах
выпавшие радионуклиды образовали (в
порядке возрастания) следующий ряд:
,
,
,
.
Минимальная подвижность цезия обусловлена
его высокой способностью к сорбции на
частицах почвы с включением его атомов
в кристаллическую решетку глинистых
минералов
через 1
2 года она снижается в 2
10 раз. Содержание в почвах подвижных
форм стронция практически не меняется
со временем и составляет 76
90 % от общего его содержания в верхнем
слое почвы. Подвижность
и
минимальна в черноземе и несколько выше
в серой лесной и дерново-подзолистой
почвах из-за различия в интенсивности
почвообразования.
Если в первые 1 2 года после выпадения радиоактивных веществ до 90 % их было сосредоточено в поверхностном слое глубиной до 2 см, то к настоящему времени в нем произошла естественная дезактивация. За 30 лет в ненарушенном слое почв и проникли на глубину более 10 см. В то же время на пахотных участках за 30 лет радионуклиды равномерно распределились в объеме пахотного слоя, а их миграция вниз составила сотые доли процента от общего содержания в почве.
Поведение радионуклидов в растительном покрове, подчиняясь закономерностям биогеохимического круговорота, зависит от миграции веществ из растений в почву и из почвы в растения. Если в первые 1 3 года при преимущественно поверхностном внекорневом загрязнении под действием ветрового переноса преобладал нисходящий поток радиоактивных веществ (обусловленный опаданием растений и их органов), то в последующем, когда в основном усваивался корнями растений из почвы, установилось равновесие радионуклидов в растительном покрове и почве.
На пастбищах и сенокосах природные процессы (отмирание растительности, механическое перемещение под действием ветра и дождя) переместили с наступлением зимы около 90 % радиоактивных веществ под растительный покров (на почву и дернину). В следующий вегетационный сезон радиоактивное загрязнение травянистых растений было обусловлено на 20 65 % ветровым переносом, на 25 70 % корневым усвоением из дернины и на 10 % из почвы. На протяжении первых трех лет дернина была основным источником загрязнения, а затем благодаря ее минерализации и ослаблению ветрового переноса главным источником стало корневое усвоение из почвы (95 99 % в настоящее время). Максимальное содержание в травянистых растениях отмечалось на пятый год, что совпадает со сроками достижения мигрирующим в глубь почвы зоны корневого питания большинства видов растений с поверхностной корневой системой.
Корневое усвоение различными травянистыми растениями меняется, в первую очередь, в зависимости от их потребности в кальции (неизотопном химическом аналоге стронция), и это определяет заметные различия в накоплении растениями различных видов при произрастании их на различных почвах.
При установившемся корневом усвоении в растительном покрове лугов и залежных земель находится 1,6 4 % запаса , в отмершей растительности 0,06 0,3 %; в дернине 0,04 57 %, остальное в минерализованной части почвы.
В лесонасаждениях 80 90 % выпавшей радиоактивности вначале задержалось в кронах деревьев и нисходящая миграция также началась сразу после загрязнения. Смыв и выдувание радиоактивных веществ в первые месяцы привели к снижению содержания радионуклидов в кронах на 20 40 %. В листопад у березовых насаждений на подстилку переместилось около 80 % сосредоточенной в кронах радиоактивности. Через 8 месяцев в надземной биомассе берез содержалось 10 20 % общего запаса радиоактивных веществ, сосны 40 50 %. Летом 1958 г. содержание радиоактивных веществ в биомассе надземного яруса смешанного сосново-березового леса составляло 0,2 17,4 % от запаса радиоактивных веществ на единицу площади. В дальнейшем радионуклиды в лесах перераспределялись за счет их усвоения корневой системой из подстилки и почвы, опадания хвои, листьев, мелких веток, травянистой растительности, миграции в системе подстилка минерализованная часть почвы.
В результате биогенного разложения подстилки и промывания ее осадками радиоактивные вещества постепенно мигрировали в минерализованную верхнюю часть почвы. Через 8 лет в подстилке оставалось 10 % , а через 30 лет 3 4 %. В минерализованной же части почвы его запас постепенно возрастал до 75 % через 5 лет и 95 % через 30 лет. В поверхностном (0 5 см) слое почвы максимальное содержание наблюдалось на 12 14-ый год после аварии, затем оно стало снижаться за счет миграции в более глубокие слои почвы.
В первые 10 лет увеличивалось содержание в древесине и коре, из них 3 года содержание этого радионуклида в древостое определялось остаточным и внекорневым загрязнением, из-за чего концентрация была максимальной в листве и ветвях. Через 3 5 лет вклад корневого пути поступления стал возрастать и в последующем доминировал. Концентрация медленно снижалась в листьях и ветвях и нарастала в древесине и коре. в древесную растительность поступило в 10 раз меньше, чем .
На территории ВУРСа в границах загрязнения 2 Ки/км2 расположено 14 непроточных озер. Основными процессами первоначального распределения радионуклидов в непроточных водоемах являются осаждение с частицами взвесей и выпадающих солей, ионообменная и молекулярная адсорбция донными отложениями, поглощение водными организмами и отложение на дне неживого вещества биогенного происхождения. Совокупность этих процессов характеризует скорость самоочищения воды. До достижения динамического равновесия в распределении радионуклидов в озерах происходило достаточно быстрое самоочищение воды: концентрация радиоактивных веществ уменьшилась в 2 раза через 120 190 суток по , 18 110 суток по , 1 24 суток по . Из-за небольшой биомассы озер дальнейшее распределение почти полностью зависело от взаимодействия воды с донными отложениями (в основном, сапропелевым илом и торфянистыми отложениями), обладающими высокой адсорбционной и ионообменной способностью. Спустя год около 90 % в озерах было сосредоточено в илах, через 3 года около 96 %. В целом концентрация радиоактивных веществ в воде озер уменьшилась за 5 6 лет в 2 раза, а за 30 лет более чем в 1500 раз.
Водный сток и ветровой перенос доминировали среди всех абиогенных процессов миграции радиоактивных веществ. Водный сток на территории ВУРСа, недостаточно интенсивный из-за ровного рельефа и умеренного количества осадков, аккумулируется в бессточных понижениях, котловинах озер и немногочисленных мелких реках. Поверхностный сток радиоактивных веществ в растворенной (ионной) и твердой формах определяется поверхностным водным стоком (около 80 % его приходится на весенний период) и зависит от запаса радионуклидов в верхнем слое почвы и растворимости их в воде.
В целом поверхностный сток не привел к существенному перераспределению радиоактивных веществ на территории ВУРСа.
Грунтовый сток, который характерен для возвышенных, дренированных и незалесенных водоразделов и обусловлен прежде всего инфильтрацией атмосферных осадков, на территории ВУРСа играет второстепенную роль.
Общее количество радиоактивности, вынесенной водным стоком с территории ВУРСа, составило всего 500 Ки, причем 60 % этого количества пришлось на первые 5 лет.
Ветровой перенос находящихся на поверхности почвы, растительности и других элементах ландшафта радионуклидов и их вторичное осаждение были наиболее интенсивными в начальный период, когда радиоактивные вещества еще слабо закрепились на поверхности, и наблюдались преимущественно весной и осенью. Летом, когда поверхность зарастала травами, и зимой при снежном покрове ветровой перенос снижался в 10 100 раз.
Общий ежегодный ветровой перенос радиоактивных веществ составлял 0,1 1 % от их содержания в первый год после аварии и 10-3 10-2 % впоследствии. В целом за первые три года таким путем было удалено около 2 % запаса радионуклидов с территории ВУРСа.
Таким образом, водная и ветровая миграции не привели к дезактивации территории, изменению плотности загрязнения, смещению оси и границ следа.