Радиационные параметры ландшафтных районов и техногенных комплексов Волгоградской области

УДК 528

РАДИАЦИОННЫЕ ПАРАМЕТРЫ ЛАНДШАФТНЫХ РАЙОНОВ И ТЕХНОГЕННЫХ КОМПЛЕКСОВ ВОЛГОГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ

© 2008 г. Д.С. Сухоносенко

The article covers characteristics of ionizing radiation on the territory of landscapes in the Volgograd region. The factors stipulating the parameters of ionizing radiation of the landscapes are shown. The regularities of radon's exhalation from the soil are described. The influence of industry upon the territory's characteristics of ionizing radiation is submitted.

Особенностью ранее проводившихся исследований радиационных характеристик на территории Волгоградской области является узко специализированный отраслевой характер. Они связаны, как правило, со строительными объектами и инженерно-строительными изысканиями участков будущей застройки [14]. При этом радиационные параметры характеризуются без учёта их обусловленности и связи с особенностями различных природных комплексов (геологические, тектонические, почвенно-климатические и другие). Следствием этого является слабая изученность закономерностей формирования и пространственно-временной динамики радиационных характеристик территории Волгоградской области.

Параметры естественного радиационного фона являются экологически значимыми характеристиками ландшафта, поскольку влияют на жизнь и здоровье человека. Анализ экологически значимых свойств ландшафта является одной из основных задач геоэкологических и эколого-географических исследований [5]. Поэтому изучение радиационных характеристик территории Волгоградской области в рамках ландшафтной дифференциации территории соответствует принципам и задачам геоэкологических исследований.

В пределах Волгоградской области выделены три типологические группы ландшафтов: зональные (степные, пустынно-степные) междуречные возвышенные (200-500 м) и низменные (<200 м) равнины; пустынно-степные древнеморские низменные равнины; ин-тразональные речные долины (эолово-алювиальные и пойменные равнины). Ландшафты территории Волго-гоградской области занимают пограничный пустынно-степной экотон [6].

На участке территории Волгоградской области в пределах Приволжской возвышенности и в излучине Дона пространственное разграничение ландшафтов связано со ступенчатостью рельефа и обусловленным ею изменением материнских пород. Котловинность

территории обусловливает выделение границ ландшафтов в пределах Прикаспийской низменности [7].

При исследовании радиационных параметров использовались фондовые данные лаборатории отдела радиационной гигиены филиала Федерального государственного учреждения здравоохранения Центра гигиены и эпидемиологии в Волгоградской области; лаборатории радиационного контроля, аккредитованной в САРК и зарегистрированной в Государственном реестре № 41118-96/99, и результаты измерений, проведённых автором.

Анализ радиоизотопного состава и удельной активности образцов грунтов и почв, активности сорбентов накопительных камер проведён на универсальном спектрометрическом комплексе «УСК Гамма Плюс». Гамма-съёмка проведена на территории естественных ландшафтных районов и в пределах техногенных комплексов с использованием дозиметрического оборудования (дозиметр ДРГ-01-Т). Массив проанализированных данных включает более 7000 результатов измерений мощности дозы у-излучения. При проведении измерений плотности потока радона с поверхности грунта использовались накопительные камеры НК-32. Объём массива данных составляет более 3000 значений.

Содержание естественных радионуклидов в почве ландшафтных районов определяется типом почв и характером подстилающих материнских пород. Среднее значение эффективной удельной активности естественных радионуклидов в почве ландшафтных районов Волгоградской области равно 100 Бк/кг. Диапазон варьирования значений составляет 50-115 Бк/кг.

Крайние значения мощности поглощённой дозы у-излучения в пределах ландшафтных районов Волгоградской области различаются до 1,8 раз (табл. 1). При этом все ландшафтные районы характеризуются отсутствием аномально высоких или повышенных значений.

Таблица 1

Основные характеристики вариационного ряда значений мощности поглощённой дозы у-излучения

Среднее арифметическое значение, нГр/ч Минимальное значение, нГр/ч Максимальное значение, нГр/ч Среднее геометрическое значение, нГр/ч Стандартное отклонение Коэффициент вариации, %

93,51 64 114 92,44 13,796 14,75

Исследуемая территория характеризуется доста- рактеризовать показатель мощности дозы у-излучения точно равномерным пространственным распределе- как слабо варьирующий в пределах ландшафтных нием данного показателя. Значение стандартного от- районов Волгоградской области. клонения и коэффициента вариации позволяют оха-

Средние значения плотности потока радона с поверхности грунта в пределах ландшафтных районов территории Волгоградской области изменяются в диапазоне от 6,0 до 39,44 мБк/(м2-с). Ландшафтные

районы Волгоградской области по величине средних значения плотности потока радона неоднородны и различаются до 6,6 раз (табл. 2).

Таблица 2

Основные характеристики вариационного ряда значений плотности потока радона из грунта

Среднее арифметическое значение, мБкДм^с) Минимальное значение, мБк/^-.с) Максимальное значение, мБк/^-с) Среднее геометрическое значение, мБк/^-с) Стандартное отклонение, мБк/^-с) Коэффициент вариации, %

20,267 6,0 39,44 17,73 9,44 48,26

Значения стандартного отклонения и коэффициента вариации позволяют охарактеризовать показатель плотности потока радона из грунта как значительно варьирующий для различных ландшафтных районов. Рассчитано среднее значение плотности потока радона из грунта для территории Волгоградской области с учётом доли площади, занимаемой каждым ландшафтным районам. Усреднённое значение для всей территории Волгоградской области составляет 19,56 мБк/(м2-с).

При анализе характера пространственного распределения величины эксхаляции радона с поверхности грунта на территории Волгоградской области выделено несколько обусловливающих факторов. Такими факторами являются геологический, климатический, тектонический.

Дана характеристика потенциальной радоноопас-ности участков территории области с различным геологическим строением. Минимальные значения интенсивности эксхаляции радона характерны для участков, в приповерхностных отложениях которых преобладают песчаные, меловые отложения. Наибольшие значения плотности потока радона из грунта приурочены к территориям, сложенным глинами, песчаниками. При этом имеет значение возраст отложений. Таким образом, минимальные значения плотности потока радона из грунта характерны для ландшафтных районов речных долин (аллювиально-аккумулятивных низменных равнин). Проведённая оценка интенсивности эксхаляции радона из грунта позволяет определить степень потенциальной радоноопасности различных участков, исходя из характера геологического строения района.

Одним из факторов, оказывающих влияние на формирование условий миграции радона в массиве грунта, является метеорологический [8]. Известно, что при промерзании верхнего слоя грунта, увеличении его влажности, наличии снежного покрова происходит снижение скорости протекания процессов миграции радона в грунте [9]. Происходит уменьшение значений плотности потока радона с поверхности почвы. Проявление процессов промерзания верхнего слоя грунта, его увлажнения, наличия снежного покрова на данной территории можно охарактеризовать, проанализировав ряд метеорологических характеристик изучаемого района. Для учёта изменения физических характеристик

грунта в течение года необходимо изучение климатических показателей: среднегодовое количество осадков, даты образования и разрушения снежного покрова, длительность безморозного периода и т. д. В связи с этим можно предположить, что среднегодовое значение плотности потока радона с поверхности грунта в данном ландшафтном районе будет зависеть от ряда климатических характеристик территории. Проведён анализ климатических характеристик территории Волгоградской области: среднегодовое количество осадков, число дней в году со снежным покровом, продолжительность безморозного периода, значение индекса аридности. В процессе изучения установлены количественные характеристики данных параметров, характерные для разных ландшафтных районов области, закономерности пространственной динамики.

Рассчитаны значения коэффициентов линейной корреляции Спирмена с целью выявления наличия взаимосвязи между интенсивностью потока радона из грунта и климатическими характеристиками территории. Установлено наличие связи между величиной плотности потока радона из грунта и средним количеством осадков. Принималось среднее количество осадков на территории Волгоградской области за тёплый период (апрель-октябрь). Это обусловлено тем, что основная часть данных по величине ППР с поверхности грунта получена в результате измерений за этот период. При расчёте коэффициента корреляции проанализированы средние значения ППР с поверхности грунта для каждого из ландшафтных районов. В тех ландшафтных районах, для которых характерно наличие тектонических нарушений, соляных куполов, в расчёт приняты значения плотности потока радона из грунта сплошного массива.

Полученное значение коэффициента корреляции составило г = -0,768 (р<0,05; t = 6,570). Выявленная связь между изучаемыми явлениями является по степени проявления тесной. Сравнение величин tф и ^абл свидетельствует о статистической значимости установленной связи (табл. 3). С уменьшением среднего количества осадков, происходящим на территории Волгоградской области в юго-восточном направлении, наблюдается повышение интенсивности эксха-ляции радона из грунта.

Таблица 3

Результаты анализа корреляционной зависимости между средним количеством осадков

и ППР радона из грунта

Коэффициент корреляции, г Степень тесноты связи Коэффициент детерминации, Я2 Фактическое значение, tф Табличное значение, ^а6л

-0,768 Тесная 0,590 6,570 2,042

Указанную закономерность можно объяснить тем, что чем меньше в течение года выпадает осадков, тем больше продолжительность периода, благоприятствующего протеканию процессов интенсивной миграции (диффузии и конвекции) радона в грунте. Как следствие, среднегодовое значение плотности потока радона с поверхности грунта в ландшафтных районах, характеризующихся большей аридностью, выше.

Необходимо отметить, что зависимость величины ППР не только от геологического, но и климатического фактора подтверждает уместность анализа пространственного распределения эксхаляции радона в рамках ландшафтной дифференциации территории. Многофакторность, лежащая в основе ландшафтной дифференциации территории, отчасти свойственна и разделению территории Волгоградской области по величине плотности потока радона из грунта.

Часть территории Волгоградской области находится в пределах западной прибортовой части Прикаспийской низменности. Указанный район характеризуется наличием элементов солянокупольной тектоники. В пределах Волгоградского Заволжья распространены протяжённые соляные антиклинали, образующие соляные массивы. Соляные антиклинали осложнены соляными куполами и брахиантиклиналями. В рамках физико-географического районирования территории [7] основная часть зоны развития элементов соляной тектоники относится к Прикаспийской низменной провинции. Анализ карты дифференциации ландшафтных районов Волгоградской области по величине плотности потока радона из грунта показывает, что для районов Прикаспийской низменной провинции характерны более высокие значения эксхаляции. Среднее значение ППР в пределах зоны развития элементов соляной тектоники, вычисленное по средним значениям для ландшафтных районов, составляет 26,57 мБк/(м2-с). Аналогичная величина для ландшафтных районов, на

территории которых соляные купола и брахиантикли-нали не развиты, равна 16,14 мБк/(м2-с).

Территория, приуроченная к положительным формам соляной тектоники (купола, брахиантиклина-ли), характеризуется повышенной газопроницаемостью, обусловленной образованием зон растяжения в массиве надсолевого комплекса [10]. В связи с этим можно предположить, что районам над соляными куполами и брахиантиклиналями свойственна более высокая радонопроницаемость грунта.

Проведены исследования по определению степени влияния элементов соляной тектоники на динамику величины эксхаляции радона из грунта в разных ландшафтных районах. Проанализированы параметры, характеризующие особенности проявления положительных форм солянокупольной тектоники в пределах ландшафтных районов Волгоградской области.

Одним из таких параметров является площадь развития положительных форм соляной тектоники на территории ландшафтного района. В пределах разных ландшафтных районов площадь, занимаемая соляными куполами и брахиантиклиналями, различна. Поскольку проведённые исследования выявили повышенную эксхаляцию радона из грунта над участками, приуроченными к положительным формам соляной тектоники, следовательно, площадь развития таких участков может влиять на значение ППР всего ландшафтного района.

Рассчитаны коэффициенты корреляции Пирсона для выявления наличия взаимосвязи между площадью развития положительных форм соляной тектоники на территории ландшафтного района и средней величиной интенсивности эксхаляции радона из грунта в пределах всего района. Основные результаты проведённых расчётов приведены в табл. 4. Значение коэффициента корреляции составило г = 0,656 ф<0,05; t = =2,747).

Таблица 4

Результаты корреляционного анализа величин площади соляных куполов и ППР радона из грунта

Коэффициент корреляции, г Степень тесноты связи Коэффициент детерминации, Я2 Фактическое значение, tф Табличное значение, тбл

0,656 Слабая 0,430 2,747 2,228

Как видно из табл. 4, значение tф > 4абл. Следовательно, установлено наличие статистически значимой связи между площадью развития в пределах ландшафтного района соляных куполов и брахиантикли-налей и величиной плотности потока радона из грунта. Выявленная связь между изучаемыми явлениями является по степени проявления слабой. Невысокая

степень тесноты взаимосвязи может объясняться наличием других обусловливающих факторов.

По результатам исследований установлено наличие взаимосвязи между значениями относительных высот солянокупольных поднятий и интенсивностью эксхаляции радона из грунта над соляными структурами. Значения относительных высот являются кри-

терием современной активности положительных форм соляной тектоники. Следовательно, параметры современной тектонической активности соляных структур оказывают влияние на потенциальную радо-ноопасность территорий, приуроченных к соляным куполам и брахиантиклиналям.

Поскольку интенсивность эксхаляции радона из грунта связана со степенью выраженности соляных структур в рельефе местности (как критерия тектонической активности), следовательно, можно говорить о том, что поток радона из грунта в определённой мере зависит от геоморфологических особенностей территории. При увеличении относительной высоты соляного купола (степени выраженности в рельефе) происходит интенсификация выделения радона из грунта, и наоборот.

Границы ландшафтных районов на территории Волгоградской области определяются геолого-геоморфологическими факторами. Особенно существенно влияние геоморфологического фактора при ландшафтной дифференциации территории Заволжья [7]. Таким образом, плотность потока радона из грунта на территории Заволжья на отдельных участках зависит от фактора, лежащего в основе ландшафтной дифференциации территории. Влияние геологического фактора проявляется в том, что ландшафты речных долин, сложенные песчаными и илистыми отложениями, характеризуются минимальными значениями потока радона. С учётом влияния на среднегодовое значение эксхаляции радона количества выпадающих осадков можно констатировать обоснованность зонирования Волгоградской области по величине ППР в рамках ландшафтной дифференциации территории.

Одним из свойств ландшафтов является полихрон-ность. Оно проявляется в том, что изменения различных компонентов ландшафта происходят за неодинаковые промежутки времени. Скорость изменения одних компонентов выше, чем других [11-13]. При этом антропогенные воздействия способны приводить к ускорению изменений всех компонентов ландшафта [6]. Радиационные параметры территории определяются в первую очередь характеристиками горных пород и почв. В природных ландшафтах существенное изменение указанных компонентов происходит достаточно медленно. Поэтому радиационные параметры подвержены незначительной временной динамике в пределах ландшафта. Антропогенные воздействия значительно ускоряют этот процесс, и радиационные характеристики территории могут измениться значительно за короткий промежуток времени.

Анализ литературных источников, посвящённых исследованию и характеристике антропогенного преобразования ландшафтов и ландшафтных районов Волгоградской области [14-18], свидетельствует об отсутствии или слабом учёте степени изменения (на-рушенности) фоновых радиационных параметров природных комплексов.

На основе проведённых исследований радиационных параметров промышленных комплексов Волгоградской области можно сделать следующие выводы.

1. Радиационные параметры различных промышленных комплексов характеризуются значительной

вариабельностью значений. В промышленных комплексах значения радиационных параметров более неоднородны, чем в природных комплексах. В пределах промышленных комплексов Волгоградской области значения мощности поглощённой дозы у-излучения варьируют в диапазоне от 100 до 3500 нГр/ч (фоновый диапазон 50-115 нГр/ч). Диапазон колебания значений эффективной удельной активности ЕРН составляет 200-10 000 Бк/кг (фоновый диапазон 50-150 Бк/кг).

2. В пределах промышленных комплексов (не относящихся к радиационно опасным) источниками повышенного ионизирующего излучения являются горные породы; оборудование нефтегазодобычи; промышленные искусственные источники излучения; отходы промышленности; выбросы ТЭЦ, абразивного завода. Объектами промышленных комплексов Волгоградской области, которые характеризуются повышенными значениями радиационных параметров, являются территории самих промышленных комплексов и близко к ним расположенные (не более 3 км); свалки и полигоны промышленных отходов.

3. Пространственно участки со значениями радиационных параметров, превышающих фон и ПДК, носят локальный или точечный характер. Источники ионизирующего излучения промышленных комплексов могут носить постоянный или временный характер.

4. Для промышленных комплексов факторы, которые формируют радиационные характеристики территории, можно разделить на три группы. На формирование радиационных параметров оказывают влияние природные факторы (космическое излучение), природ-но-техногенные (извлечённые из глубин горные породы, промысловые воды, отложения солей на оборудовании при добыче нефти, зола при сжигании топлива) и техногенные (промышленные искусственные источники ионизирующего излучения, здания, коммуникации).

Литература

1. Сидельникова О.П., Козлов Ю.Д. Влияние активности естественных радионуклидов строительных материалов на радиационный фон помещений. М., 1996.

2. Сидельникова О.П. и др. Экологические аспекты, оценка природной радиоактивности объектов окружающей среды. Волгоград, 1996.

3. Соколов П.Э. Исследования природной радиоактивности горных пород и влияния тепловой обработки строительных материалов на коэффициент эманирова-ния радона (на примере Волгоградской области): Авто-реф. дис. ... канд. техн. наук. Саратов, 1997.

4. Соколов П.Э. и др. // Экология и безопасность жизнедеятельности: Материалы Междунар. науч. симп. Ч. 1. Волгоград, 1996. С. 81-82.

5. Кочуров Б.И. География экологических ситуаций. Экодиагностика территорий. М., 1997.

6. Рулёв А.С. Ландшафтно-географический подход в агролесомелиорации. Волгоград, 2007.

7. Брылёв В.А., Рябинина Н.О. // Стрежень. 2001. Вып. 2. Волгоград, С. 12-23.

8. Иванова Т.М. // АНРИ. 2001. № 2. С. 9-16.

9. Кострюкова Н.К., Кострюков О.М. Локальные разломы земной коры - фактор природного риска. М., 2002.

10. Синяков В.Н., Бражников О.Г., Кузнецова С.В. Инженерно-геоэкологическое обеспечение урбанизированных территорий: Учеб. пособие. Волгоград, 2000.

11. Величко А.А., Морозова Т.Д. // Эволюция и возраст почв СССР. Пущино, 1986. С. 22-36.

12. Величко А.А. // Изв. АН СССР. Сер. географ. 1985. № 2. С. 25-35.

13. Величко А.А. // Новое мышление в географии: Сб. науч. тр. М., 1991. С. 44-54.

14. Рулёв А.С., Кулик К.Н. // Проблемы освоения пустынь. 1999. № 6. С. 8-13.

Волгоградский государственный университет

15. Рулёв А.С., Кулик К.Н. // Агролесоландшафты: проблемы, свойства, управление и оценка. Волгоград, 1995. С. 141-155.

16. Государственный доклад о состоянии и охране окружающей среды Волгоградской области в 1997 году. М., 1998.

17. Государственный доклад о состоянии и охране окружающей среды Волгоградской области в 1999 году. М., 2000.

18. Государственный доклад о состоянии и охране окружающей среды Волгоградской области в 2002 году. М., 2003.

_7 ноября 2007 г