О радиоактивности окружающей среды Архангельского промышленного района

УДК 614.73

О РАДИОАКТИВНОСТИ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ АРХАНГЕЛЬСКОГО ПРОМЫШЛЕННОГО РАЙОНА

© 2006 г. Г. П. Киселев, А. В. Баженов, С. Б. Зыков,

В. В. Кряучюнас, И. М. Киселева, А. М. Ластовский

Институт экологических проблем Севера Уральского отделения РАН, г. Архангельск

В результате негативных последствий использования в мировой практике ядерной энергии в военных и мирных целях создалась потенциальная и реальная угроза человеку от антропогенной радиоактивности на Земле — в мировом океане и на континентах. При развитии новых атомных ТЭС возможно существенное усугубление экологической ситуации возникновением аварий, которые чаще всего происходят в результате человеческого фактора. Освоение районов Земли с холодным климатом невозможно без использования ядерной энергии, требующей высокой технической подготовки специалистов и ответственности перед будущим человечества. Глобальные перемены в природной среде, связанные с воздействием техногенной радиоактивности, приводят к изменению естественной радиоактивности, под влиянием которой происходило и происходит развитие биосферы.

В настоящее время в России и за рубежом проводятся обширные исследования антропогенной радиоактивности природных сред [1]. Этими задачами в Архангельске занимается аккредитованная с 1997 года в Системе аккредитации лабораторий радиационного контроля (САРК) Госстандарта России лаборатория экологической радиологии Института экологических проблем Севера (ИЭПС) УрО РАН. Здесь собранный за несколько лет объемный фактический материал по донным отложениям рек, озер, Белого моря, естественным и нарушенным почвам, мхам и лишайникам тундры, северной и средней тайги проанализирован на содержание естественных и техногенных радиоактивных изотопов с целью определения динамики радиоактивного загрязнения природной среды Европейского Севера [2].

Методика исследований

В основе представленных данных лежат экспериментальные исследования радиоактивных изотопов, выполненные по донным осадкам и почвам, образцы которых отбирались в течение пяти лет при проведении экспедиционных работ. Координаты местоположения проб устанавливались с помощью спутниковой навигации и по топографическим картам масштаба 1:100 000. Аналитические работы по определению удельной активности радиоактивных изотопов проводились на сцинцилляционном гамма-спектрометре «Прогресс» в геометрии Маринелли, проходящем ежегодную метрологическую поверку.

На исследуемой территории отобрано и проанализировано 1 200 образцов почв (в том числе 350 — по г. Архангельску, 120 — по г. Северодвинску) и 180 образцов донных осадков из дельты Северной Двины. Результаты определения удельной гамма-активности изотопов цезия-137, цезия-134, кобальта-60, тория-232, радия-226, калия-40 и других в образцах были проанализированы по их местоположению

В работе приводятся данные об удельной активности радиоактивных изотопов тория-232, радия-226, калия-40, цезия-137 в почвах и донных отложениях Архангельского промышленного района и прилегающих к нему территорий и акватории. Показано пространственное изменение активностей каждого из них в зависимости от техногенного воздействия на экосистему. Ключевые слова: Архангельский промышленный район, радиоактивные изотопы, почвы, дельта, донные отложения.

с привязкой к типам почв и составу донных отложений, что позволило зафиксировать пространственное распределение низких и высоких значений, а также условия накопления и миграции изотопов.

Результаты исследований и их обсуждение

В докладах международной организации «Арктический контроль и программа оценки» — Arctic Monitoring and Assesment Programme (AMAP) — в 1997 году [6, 7] опубликованы основные уровни радиоактивного загрязнения циркумполярной области Северного полушария в результате освоения ядерной энергии в военных и мирных целях. Характерным для данной территории является концентрация радиоактивности на границе «континент — океан», удаленной от полюса. Доказано отсутствие связи этого загрязнения с чернобыльской аварией и так называемым восточно-уральским радиоактивным следом. В субарктической зоне накопление техногенных изотопов на поверхности Земли существенно снижается. Это можно объяснить двумя причинами:

— отсутствием в этом районе постоянного раздела между снежным покровом континентальной и морской территорий (морская территория Субарктики в течение восьми месяцев покрыта льдами, а арктическая территория континента в это же время имеет снежный покров, что не способствует созданию атмосферных барьеров между континентом и океаном);

— выпадением техногенной радиоактивности на снежный покров с последующим смывом в реки и выносом в Мировой океан, в результате чего поверхность Арктики имеет высокую степень самоочищения от радиоактивных выпадений.

В среднем загрязнение поверхности циркумполярной области цезием-137 составляет от 1 000 до 2 500 Бк/м2. Наиболее загрязненные территории

— Норвежское побережье, Британские острова, Канадское побережье и юг Аляски. В сравнении с ними территорию России в целом можно считать слабозагрязненной. Естественно, что при оценке уровня глобального загрязнения не учтены районы, попавшие под воздействие чернобыльской аварии и восточно-уральского радиоактивного следа, а также территории ряда локальных хранилищ радиоактивных отходов, потенциально опасных для окружающей среды.

В докладах АМАР за 2002 год [4] приведена схема загрязнения цезием-137 мхов и лишайников Архангельской области, Карелии и Финляндии, на которой исключительно высокие значения активности цезия-137 показаны на финской территории и достаточно низкие — в Архангельском регионе (рис. 1). В работах, представленных на международной конференции «Экология северных территорий России. Проблемы, прогноз ситуации, пути развития, решения» [5], отмечено, что на финской территории в этих же пробах почв фиксируется и быстро распадающийся изотоп цезия-134 (активностью до 80 Бк/кг), что говорит о современном поступлении радиоактивности.

Авторы данной работы считают, что радиоактивное загрязнение финской территории произошло в результате чернобыльской аварии.

Рис. 1. Загрязнение мхов и лишайников Архангельского региона, Карелии и Финляндии цезием-137

По результатам исследований, проведенных в Архангельском промышленном районе и на прилегающих к нему территориях, построена карта пространственного распределения удельной активности цезия-137 в верхнем почвенном горизонте (рис. 2). В освоенных населением районах и на островах дельты Северной Двины активность этого изотопа незначительна и не превышает 180 Бк/кг. В малоосвоенных районах и заболоченных местах она увеличивается до 280 Бк/кг. Такое распределение цезия-137 связано с тем, что при техногенном воздействии на почвы происходит интенсивное его рассеивание по латерали и в нижние горизонты почв, а также вынос с растительностью при сборе урожая, выпасах и сенокосах. Загрязнение почв этого района данным изотопом соответствует показанному в отчете АМАР за 2002 год.

Рис. 2. Карта-схема пространственного распределения удельной активности цезия-137 в верхнем почвенном горизонте Архангельского промышленного района и прилегающих территорий

В акваторию, прилегающую к Архангельскому промышленному району, входит дельта Северной Двины. В гидрохимическом отношении — это сложный водный объект, через который под влиянием длиннопериодичных течений Белого моря приливного и ветрового генезиса осуществляется основной массоперенос естественных и техногенных продуктов (в том числе и радионуклидов) с континента в акваторию моря. Эти течения влекут за собой проникновение в дельтовые водостоки соленых вод, создавая на нижних участках зону смешения речных и морских вод с хорошо выраженными пространственными градиентами различных гидрохимических параметров и образованием геохимических барьеров. Все это приводит к накоплению в донных отложениях тяжелых металлов и радионуклидов, особенно если они поступают из прилегающих источников радиоактивности [3]. Как видно на карте удельной активности донных отложений (рис. 3), загрязнение акватории техногенной радиоактивностью незначительно (не более 40 Бк/кг) и может формироваться за счет поступления радиоизотопов из окружающих почв.

Рис. 3. Карта-схема пространственного распределения удельной активности цезия-137 в верхнем слое донных отложений дельты Северной Двины

Анализ связи удельной активности естественных и техногенных радиоизотопов с механическим составом донных отложений показал, что радиоизотопы концентрируются в мелкодисперсной фракции, оседающей на гидрохимических барьерах. Примечательно, что загрязнение техногенными радиоизотопами (цезий-134, кобальт-60, европий-154, европий-152 и др.) в дельте несущественно, а в районе г. Северодвинска, где были опробованы донные отложения как в протоках дельты, так и в прибрежной зоне Двинского залива, они практически отсутствует. Это указывает на то, что действующие предприятия не вносили и не вносят существенного радиоактивного загрязнения в дельту реки.

Состояние естественной и техногенной радиоактивности в грунтах и почвах городов Архангельского промышленного района (рис. 4 — см. на внутр. стороне задней сторонки обложки) изучалось как по наиболее представительным гамма-активным изотопам, так и по быстрораспадающимся — кобальту-60 и цезию-134, которые гамма-спектрометром «Прогресс» на сцинцилляционном кристалле практически не обнаруживаются, что дает основание говорить об их малых концентрациях на данной территории и отсутствии новых поступлений.

Активность цезия-137 в почвах г. Северодвинска (рис. 4а) не превышает 170 Бк/кг, что значительно ниже опасных величин. Повышенные значения его концентрации наблюдаются в парковых зонах вдоль Севмашпредприятия и на о. Ягры, а также вдоль железнодорожного узла на южной и юго-восточной окраине города. На предприятии «Звездочка» активность цезия-137 фиксируется в пределах 100 Бк/кг, в почвах жилых кварталов города — от 5 до 30 Бк/кг.

Содержание радия-226 (рис. 4б) и тория-232 (рис. 4в) в почвах г. Северодвинска изменяется от 5—7 до 35 Бк/кг. Наиболее низкие концентрации его наблюдаются в жилых кварталах. При этом отмечены три аномальные зоны: первая находится в парке, прилегающем к предприятию «Звездочка» на о. Ягры, вторая — в районе ТЭЦ, третья — на южной окраине города. Эти аномалии обусловлены наличием на данных территориях строительных материалов и строительного мусора.

Калий-40 (рис. 4г) в почвах города имеет невысокие значения активности — от 200 до 550 Бк/кг. Повышенные значения его концентрации характерны для парковым зон и районов панельных домов застройки 1970-х годов.

Для выяснения природы изменения радиоактивности г. Архангельска изучали изотопный состав радиоактивных элементов по 350 образцам различных по механическому составу грунтов и почв (легкий и средний суглинок, супесь, глина, торф), отобранных из верхнего 5-сантиметрового слоя. Как выяснилось, городские почвы содержат от 15 до 80 % технологических остатков (щепа, стекло, битый кирпич). На глубине от 30 до 50 см отмечается механическая отсыпка речным песком, которую проводили при постройке города. В городских грунтах и почвах содержание цезия-137 составляет от 2 до 180 Бк/кг. Максимальные значения активности этого изотопа отмечены в районах одноэтажной застройки (преимущественно деревянные дома), на промышленных предприятиях, в парковых зонах города, на прилегающих к городу болотах, минимальные — в районах каменной застройки (многоэтажные застройки), на полях и лугах прилегающих территорий.

В городских грунтах и почвах выявлено увеличение по сравнению с другими территориями концентраций калия-40: в верхних почвенных горизонтах города его

значения изменяются от 50 до 2 000 Бк/кг. Высокие содержания зафиксированы в почвах лугов, полей, в парковых и промышленных зонах, а также в почвах, отобранных в городских кварталах застройки 1960—80-х годов. Это объясняется тем, что почвы подкармливаются калийными удобрениями, содержащими в больших количествах радиоактивный изотоп калий-40, а строительные материалы (щебень, гравий), ввозимые в город, изготовлены из магматических пород с высокими его концентрациями. Средние значения содержания калия-40 наблюдаются в грунтах и почвах районов города с деревянной и каменной дореволюционной застройкой и застройкой 1930—50-х годов, наиболее низкие — на болотах.

Вместе со строительными материалами в городские почвы привносятся еще два радиоактивных изотопа

— торий-232 и радий-226, влияющие на радиационный фон в г. Архангельске. Изменение содержания радия-226 в верхнем почвенном горизонте города составляет от 2 до 90 Бк/кг, тория-232 — от 2 до 100 Бк/кг. Активность первого растет по направлению: луга — поля —парковые зоны — деревянные застройки — каменные застройки; второго — в направлении: поля — деревянные застройки — парковые зоны — луга — каменные застройки. Таким образом, высокие содержания радия-226 и тория-232 в верхнем почвенном горизонте города в районах каменной застройки всецело зависят от радиоактивных свойств строительных материалов.

При освоении территорий происходит вынос техногенных изотопов, выпавших ранее, и привнос естественных радиоактивных изотопов в строительных материалах и удобрениях. На данный момент неизвестно влияние этих изменений радиоактивности экосистемы на здоровье человека.

Список литературы

1. Геохимия техногенных радионуклидов / Национальная академия наук Украины, Институт геохимии окружающей среды. — Киев : Наукова думка, 2002. — 332 с.

2. Киселев Г. П. Изменение радиоактивности антропогенным воздействием / Г. П. Киселев, В. В. Кряучюнас, И. М. Киселева и др. // Сергеевские чтения : материалы годичной сессии Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии, 23—24 марта 2004. — М. : ГЕОС, 2004. — Вып. 6. — С. 251—255.

3. Kiselev G. P. Accumulation of radioactivity in ground adjournment of Northern Dvina delta / G. P. Kiselev, A. V Bazhenov, S. B. Zykov, I. M. Kiseleva // Third Workshop on land Ocean Interactions in the Russian Arctic (LOIRA), Desember, 5—8, 2000. — P. 64—66.

4. Arctic Monitoring and Assessment Programme. — Oslo : АМАР, 2002. — P. 113.

5. Salminen R. Barents ecogeochemistry / R. Salminen et al. — Alarge geochemical baseline study of heavy metals and other elements in surficial deposits, NW-Russia and Finland // Материалы междунар. конф. «Экология северных территорий России. Проблемы, прогноз ситуации, пути развития, решения». — ИЭПС УрО РАН, 2002. — T 1.

— C. 258—261.

6. The AMAP International Symposium on Enviromental Pollution in the Arctic. Extended abstracts, Norwey, June 1—5, 1997. — Р 432.

7. The Third International Conference on Environmental Radioactivity in the Arctic. The AMAP International Symposium on Enviromental Pollution in the Arctic. Extended abstracts, Norwey, June 1—5, 1997. — Р 280.

ABOUT RADIOACTIVITY OF AN ENVIRONMENT OF THE ARKHANGELSK INDUSTRIAL AREA

G. P. Kiselyov, À. V. Bazhenov, S. B. Zykov,

V. V. Kryauchunas, I. M. Kiselyova, À. M. Lastovsky

Institute of Ecological Problems of the North Ural Branch RAS, Arkhangelsk

In the work, the data are given about specific activity of radioactive isotopes Th-232, Ra-226, K-40, Cs-137 in soils and bottom sediments of the Arkhangelsk industrial area, adjoining territories and water area. The space modification of their activity is shown depending on technogenic effect on the ecosystem.

Key words: the Arkhangelsk industrial area, radioactive isotopes, soils, delta, bottom sediments.