Оценка радиационного состояния почв и лишайников северо-западного побережья Кольского залива

УДК 550.42 Н.В. Кузьменкова

ОЦЕНКА РАДИАЦИОННОГО СОСТОЯНИЯ ПОЧВ И ЛИШАЙНИКОВ СЕВЕРО-ЗАПАДНОГО ПОБЕРЕЖЬЯ КОЛЬСКОГО ЗАЛИВА

Статья посвящена геоэкологической проблеме, касающейся миграции 137С8 в ландшафтах. Среднее содержание радиоактивного цезия в пробах почв и лишайников, отобранных в районе расположения СРЗ "Нерпа", существенно ниже предельно допустимый величин. Анализ содержания радиоактивного цезия в верхнем почвенном горизонте автономный ландшафтов позволяет выделить зону влияния деятельности СРЗ "Нерпа" на окружающую среду. Вероятная граница этой зоны находится на расстоянии 14—16 км от промплощад-ки. Результаты исследований могут быть использованы для мониторинга территории северо-западного побережья Кольского залива.

Ключевые слова: радиационное состояние, почвы, лишайники, Кольский залив.

Введение. В настоящее время на Кольском полуострове сложилась напряженная радиоэкологическая ситуация. С 60-х гг. прошлого века отработанное ядерное топливо, извлеченное из реакторов атомных подводных лодок и ледоколов, помещалось в промежуточные хранилища на территории Мурманской области. Наличие в регионе действующих предприятий увеличивает потенциальную опасность радиационного загрязнения. Одним из таких предприятий является судоремонтный завод (СРЗ) "Нерпа", с 1992 г. специализирующийся на утилизации выведенных из эксплуатации атомных подводных лодок (АПЛ) Военно-морского флота Российской Федерации.

Цель исследования — определить степень влияния СРЗ "Нерпа" на окружающую среду по пространственному распределению удельной активности 137Cs (гамма-активного изотопа) в верхних горизонтах почв и лишайниках (Cladonia, Cetraria) — наиболее надежных индикаторах радиоактивного загрязнения.

В соответствии с целью исследований решались следующие задачи: 1) определение содержания 137Cs в почвах и лишайниках; 2) изучение распределения радиоактивного цезия по вертикальному профилю различных типов почв; 3) определение границы зоны вероятного влияния СРЗ "Нерпа" на окружающую среду на основе распределения радионуклидов в почвах и лишайниках. Работа выполнена в ИГЕМ РАН в рамках федеральной целевой программы Росатома "Ядерная и радиационная безопасность России".

Территория исследований расположена на западном берегу Кольского залива, на северо-запад от г. Мурманска (рис. 1), в тундровой и лесотундровой природных зонах. Ветер имеет муссон-ный характер, зимой преобладают юго-западные ветры с материка, летом — северо-восточные с Баренцева моря. Растительность представлена березовыми редколесьями и криволесьями, а также кустарниками, мхами и лишайниками. Почвенный

покров достаточно разнообразен, однако в лесотундрах преобладают иллювиально-гумусовые подзолы, а на севере, в прибрежной части, шире распространены тундровые глеевые, тундровые иллювиаль-но-гумусовые оподзоленные почвы и подбуры [6]. Рельеф района, представленный складчато-глыбо-выми поднятиями и впадинами, формировался под влиянием тектонических явлений, эрозионной деятельности, действия ледников и неоднократных колебаний уровня моря. Он играет важную роль в перераспределении загрязняющих веществ, в том числе и радионуклидов. Исследуемый район находится в области развития южнотундровых ландшафтов кислого класса. Установлено, что загрязнители в этих ландшафтах переносятся в основном во взвешенном состоянии в воздушной среде и с поверхностными водными потоками [7].

Методы и материалы. Исследования опирались на учение об элементарных геохимических ландшафтах в представлении Б.Б. Полынова, развитое в дальнейшем А.И. Перельманом и М.А. Гла-зовской [2, 7].

На исследуемой территории проведено ланд-шафтно-геохимическое картографирование, по результатам которого составлены карта природных ландшафтов района СРЗ "Нерпа" масштаба 1: 20 000 и ландшафтно-геохимическая карта северо-западного побережья Кольского залива в масштабе 1: 200 000 [4]. На основе анализа геолого-геоморфологических условий, абсолютных и относительных высот, особенностей гидрографической сети на обеих картах выделены автономные и подчиненные элементарные геохимические ландшафты. Господствующее гипсометрическое положение в рельефе автономных ландшафтов, не подверженный влиянию соседних с ними подчиненные ландшафтов, позволяет рассматривать их как индикаторные при оценке количества радиационно-химических загрязнителей, поступающих в природные ландшафты из атмосферы.

Основной метод полевых исследований — ланд-шафтно-геохимическое профилирование по кате-

Рис. 1. Карта опробования

нам с детальным опробованием всех элементарных ландшафтов. Для определения зоны влияния СРЗ "Нерпа" на окружающую среду проводилось опробование автономных ландшафтов. Пробы отбирали со всех доступных вершин на различной удаленности от завода. Для определения особенностей вертикального распределения 137Cs в каждой точке наблюдений описывали почвенные разрезы и отбирали пробы по всем генетическим горизонтам. На каждой точке также отбирали пробы лишайников (виды родов Cetraria, Cladonia). В период работ в 2004—2007 гг. были отобраны пробы почв и лишайников на 203 точках наблюдения (всего 550 проб).

Отобранные пробы анализировались на содержание 137Cs (аналитик А.Л. Керзин, ИГЕМ РАН). Измерения проводились на сцинтилляционном гамма-спектрометре (детектор NaJ(Tl) 160 х 160 мм с колодцем 55 х 110 мм). По результатам измерений с использованием программы Statistika 6.0 проведен геостатистический анализ.

Обсуждение результатов. Изучение распределения 137Cs во всех ландшафтах на исследуемой территории подтвердило высокую индикационную

способность лишайников и верхнего органогенного торфяно-перегнойного почвенного горизонта, состоящего более чем наполовину из неразложив-шихся органических остатков [8]. Эти компоненты ландшафта достаточно прочно удерживают и накапливают поступающий с атмосферными

выпадениями, и могут служить надежными индикаторами степени радиоактивного загрязнения.

Особенности распределения радиоактивного цезия в растительности на исследуемой территории изучались в лишайниках родов Cetraria и Cladonia, широко представленных в тундровых и лесотундровых ландшафтах. На 95% они питаются за счет атмосферных выпадений, и радионуклиды, находящиеся в атмосферных выпадениях, осаждаются на лишайниках либо в составе дождевых капель, снега, тумана, росы, либо в виде пыли и аэрозолей. Концентрация поглощенного вещества может намного превышать их физиологические потребности, что позволяет по уровню содержания накопленных элементов судить о составе выпадений и степени загрязнения. Доказана также высокая поглощающая способность лишайников по отношению к радиоизотопам [5].

Экспериментально доказано, что представители разных видов и различных морфологических групп растений неодинаково накапливают радионуклиды [1]. Анализ полученных данных показал, что лишайники рода Cetraria поглощают в среднем в 1,4 раза больше 137Cs, чем представители рода Cladonia (рис. 2). Радиоактивность всех изученных проб лишайников в зоне влияния СРЗ "Нерпа" существенно ниже (на 80—85%) предельно допустимой величины, установленной в 480 Бк/кг [1].

Для определения вертикального распределения радиоактивного цезия исследования проводились в основных типах почв, наиболее часто встречающихся на территории северо-западного побережья Кольского залива. Наиболее распространенными типами почв на территории исследований являются иллювиально-железистые подзолы, подбуры и тундровые-глеевые почвы, сформированные на различных материнских породах с разным гранулометрическим составом. Результаты исследования показали, что основная часть 137Cs (от 80 до 92% от его общего количества в почвенном разрезе) сосредоточена в верхнем органогенном горизонте, мощность которого не превышает 20 см [8]. При этом в зависимости от типа почв характер распределения 137Cs по профилям иллювиально-железистых подзолов, подбуров и тундровых-глее-вых почв несколько различается.

В типичном профиле иллювиально-железисто-го подзола основное количество радиоактивного цезия, в том числе и аномально урочено к горизонтам А0 и А2 10—12 см (в среднем 64 Бк/кг). держания радионуклида по профилю до 8 Бк/кг происходит достаточно резко, а распределение носит аккумулятивный характер (рис. 3). В тундровой-глеевой почве органогенный горизонт, содержащий основное количество 137Cs, имеет мощность до 20 см. Среднее содержание радиоактивного цезия в нем ниже, чем в подзоле, и составляет 54 Бк/кг. Проникновение этого радиоизотопа в нижние горизонты составляет не более 10% и составляет 1—5 Бк/кг. В типичном подбу-ре основная удельная активность 137Cs отвечает слою мощностью 18—22 см. Среднее содержание

Рис. 2. Значения удельной активности 137С8 (Бк/кг) в различных родах лишайников

в этом слое (62 Бк/кг) приблизительно такое же, как и в подзоле. В нижних горизонтах концентрация радиоактивного цезия резко снижается до 1—3 Бк/кг.

Для определения границы влияния судоремонтного завода на природную среду проведена оценка содержания 137С8 на пробных площадях автономных ландшафтов в зависимости от удаленности от промплощадки. На начальном этапе исследований принято допущение, что влияние завода не превышает 50 км. В анализируемый массив включены данные по содержанию радиоактивного цезия в пробах из верхнего горизонта почв в 5-, 10-, 15-, 20- и 50-километровых зонах от пром-площадки завода. В пределах каждой зоны рассчитано среднее значение содержания 137С8 в верхнем высокое, при- горизонте почв (рис. 4). Для территории исследо-мощностью до ваний по результатам статистической обработки Снижение со- данных вычислено обобщенное среднее значение,

Рис. 3. Распределение 137Cs по профилю иллювиально-железистого подзола

Рис. 4. Распределение среднего содержания 137С8 (Бк/кг) в почвах автономных ландшафтов по мере удаленности от завода

равное 50,3 Бк/кг, с погрешностью 2,07. Анализ распределения 137С8 по мере удаленности от завода показал, что обобщенную среднюю величину не превышают значения удельной активности 20- и 50-километровых зон. Граница между 15- и 20-километровыми зонами наиболее контрастна. Можно предположить, что именно здесь проходит граница влияния завода на окружающую среду.

Как видно на рис. 4, за пределами выделяемой зоны влияния завода удельное среднее содержание радиоактивного цезия составляет 34 Бк/кг, что соответствует его фоновому значению, обусловленному региональными атмосферными выпадениями, содержавшими 137С8. Внутри зоны влияния удельная концентрация радиоактивного цезия, достигающая 75 Бк/кг, складывается из его фонового содержания и 137С8, привнесенного с территории промплощадки СРЗ, в пределах которой осуществляется утилизация АПЛ. По сущест-

вующим нормам участок земной поверхности является радиоактивно загрязненным, если плотность загрязнения местности 137Cs превышает 1 Ки/км2 [3]. На территории исследования средняя плотность загрязнения 137Cs соответствует 0,07 Ки/км2. Для сравнения — в районе восточноуральского радиоактивного следа на настоящий момент средняя плотность загрязнения 137Cs варьирует от 0,1 до 2 Ки/км2. Эта плотность признана предельной для безопасного проживания населения [4].

Заключение. Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы. Среднее содержание радиоактивного цезия в пробах почв и лишайников, отобранных в районе расположения СРЗ "Нерпа", существенно ниже предельно допустимой величины. Основное количество 137Cs (от 80 до 92%) сконцентрировано в верхнем органогенном почвенном горизонте вне зависимости от генетического типа. Среднее содержание в лишайниках на территории исследования составляет 48 Бк/кг (Cladonia) и 70 Бк/кг (Cetraria), при этом лишайник рода Cetraria поглощает 137Cs в среднем в 1,5 раза больше, чем Cladonia.

Анализ содержания радиоактивного цезия в верхнем почвенном горизонте автономных ландшафтов позволяет выделить зону влияния деятельности СРЗ "Нерпа" на окружающую среду. Вероятная граница этой зоны находится на расстоянии 14—16 км от промплощадки. Результаты исследований могут быть использованы для организации и проведения мониторинга на территории северозападного побережья Кольского залива.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бязров Л.Г. Лишайники — индикаторы радиоактивного загрязнения. М.: КМК, 2005.

2. Глазовская М.А. Геохимические основы типологии и методики исследований природных ландшафтов. Смоленск: Ойкумена, 2002.

3. Закон Российской Федерации от 15 мая 1991 года № 1244-1.

4. Изменение окружающей среды и климата: природные и связанные с ними техногенные катастрофы / Гл. ред. Н.П. Лаверов. М.: ИГЕМ РАН, 2007.

Кафедра рационального природопользования: аспирант, e-mail: nvkouz@igem.ru

5. Нифонтова М.Г. О накоплении 90Sr и 137Cs лишайниками в природных условиях // Экология. 1997. № 3. С. 230.

6. Переверзев В.Н. Почвы тундр Северной Фенноскан-дии. Апатиты: изд. Кольского научного центра РАН, 2001.

7. Перелъман А.И. Геохимия ландшафта: Учеб. пособие. М.: Высшая школа, 1975.

8. Staunton S., Dumat C., Zsolnay A. Possible role of organic matter in radiocaesium adsorption in soils // J. Environmental Radioactivity. 2000. Vol. 58. P. 163.

Поступила в редакцию 22.11.2007

N.V. Kuzmenkova

EVALUATION OF THE RADIOLOGICAL STATE OF ECOSYSTEMS

ON THE NORTH-WESTERN COAST OF THE KOLA BAY

The article deals with a challenging geoecological problem of 137Cs migration in landscapes. Mean concentrations of radioactive Cs in soils and lichens sampled in the vicinity of the Nerpa ship repair yard were significantly below maximum allowable values. Analysis of Cs concentrations in the upper soil layers within the autonomous landscapes makes it possible to identify the environment impact zone of the Nerpa ship repair yard. The outer boundary of the zone is probably 14—16 km away from the industrial site. The results of the study could be useful for the monitoring of the north-western coast of the Kola Bay.

Key words: radiation, contamination, ship reparation yard, influence, distribution of 137Cs, soil horizons, lichens.