Радиоактивное загрязнение почв

С началомразвития атомной энергетики и массового испытания ядерного оружияв атмосфере (50-60 гг. ХХ в.) особую актуальность приобрела проблема радиоактивного загрязнения природных компонентов, в том числе почвы.

Радиоактивное загрязнение почвы – это увеличение концентрации радиоактивных веществ в почвенном профиле вследствие антропогенной деятельности.

Негативными последствиями радиоактивного загрязнения являются:

1. прямое воздействие ионизирующего излучения на компоненты почвенно-растительного покрова, животных и человека;

2. ограничение возможности использования загрязненных почв в сельском хозяйстве, т. к. получаемая с таких земель продукция, как правило, имеет уровни концентрации, превышающие допустимые.

Как отмечают А.И. Щеглов и О.Б. Цветнова (2002, с. 375), существенное радиационное поражение биоты в естественных условиях, включая полную гибель популяций и биогеоценозов, происходит при достаточно высоких плотностях загрязнения (более 1000 Ки/км²). Такие плотности загрязнения, обычно, фиксируются в пределах участков, прилегающих к источнику выброса. На большей части загрязненной территории основным лимитирующим фактором является превышение дозы внешнего и внутреннего облучения человека. В качестве такого норматива Международная Комиссия Радиационной защиты (МКРЗ) рассматривает среднегодовую дозу, равную 0,001 Зв (Зиверт – в системе СИ единица эквивалентной дозы). Этот норматив несравненно ниже величины летальной дозы, которая вызывает гибель биообъектов в 50 % случаев за 30 дней (ЛД _50/30).

Для человека ЛД_50/30 составляет 2,5-3,5 Гр (Гр в системе СИ единица поглощенной дозы; 1 Гр = 1Дж/кг).

Радиоактивное загрязнение почв обусловливают две большие группы радионуклидов : природные и техногенные. Концентрация естественных радионуклидов в почвах существенно увеличивается за счет добычи, переработки, складирования природного сырья, производства и внесения удобрений, сжигания угля, использование шлаков золы для производства различных строительных материалов, а также в качестве удобрений и т. п.

Вследствие производства и применения удобрений, загрязнение почв природными радионуклидами неизбежно. С калийными удобрениями в почву поступает ⁴⁰К, с фосфорными – ²³⁸U и продукты его деления.

Искусственные радионуклиды попадают в компоненты биосферы в результате ядерных взрывов. На поверхность Земли уже выпало до 40 МКи ¹³⁷Сs и около 25 МКи ⁹⁰Sr.

ППК почв сорбирует радионуклиды и долгое время их сохраняет. Поведение радионуклидов в почвах определяется целым комплексом факторов:

· химическими свойствами радиоактивных элементов;

· физико-химическими формами соединений радионуклидов в выпадениях;

· составом и свойствами почв;

· ландшафтными особенностями;

· климатическими показателями.

Поглощение и удержание искусственных радионуклидов одной и той же почвой возрастает в ряду: ¹⁰⁶Ru<⁹⁰Sr<¹⁴⁴Ce<¹³⁷Cs. Стронций поглощается обменно, остальные – путем образования трудно растворимых гуматов, фосфатов, карбонатов, сульфатов, не редко замещая кальций в этих соединениях.

Радионуклиды поступают на поверхность почвы в составе аэрозолей, частиц диспергированного топлива, оплавленных частиц, минералов и т. п. Максимальная доля растворимой фракции радионуклидов отмечается в составе глобальных выпадений (30-90%), наибольшая у стронция и цезия.

На поведение радионуклидов большое влияние оказывает фактор времени. Период достижения динамического равновесия нарастает по мере снижения растворимости радиоактивных выпадений. Растворимые органические вещества и подкисление среды повышает миграцию радионуклидов.

Итак, подвижность радионуклидов в почвенной среде зависит от гранулометрического, минералогического состава, от свойств гумуса и реакции среды, наличия геохимических барьеров в профиле почвы.

Перераспределение радионуклидов происходит как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении. Горизонтальная миграция наиболее заметна в период после выпадений и происходит прежде всего благодаря эоловому переносу. Минимальна она в лесных ценозах и максимальна в агроценозах с легкими почвами. Перенос радиоактивных веществ резко возрастает при пожарах.

Вертикальное перераспределение радионуклидов во всех почвах идет очень медленно с линейной скоростью от десятых долей до 2-х см в год (почва – биогеохимический барьер). Как показали исследования (Тихомиров Ф.А. Щеглов А.И., 1997), в Чернобыльской зоне основная часть радионуклидов в течение длительного времени остается в пределах верхних 10 см почвы, а в лесах они накапливаются в лесной подстилке и в нижележащем слое толщиной 1-2 см.

Вертикальная миграция радионуклидов связана со следующими факторами:

· диффузия ионов;

· перенос с током влаги;

· перенос корневыми системами растений;

· лессиваж;

· роющая деятельность почвенной мезофауны;

· хозяйственная деятельность человека.

Влияние этих факторов неравнозначно. Оно меняется в зависимости от времени после выпадений, почвенно-климатических и биоценотических условий. Корневые системы накапливают радионуклиды больше, чем окружающая почвенная масса. С глубиной это различие увеличивается. Дождевые черви активизируют перераспределение радионуклидов, что особенно заметно по тем почвам, где много червей.

Вспашка приводит к интенсивному перемешиванию радионуклидов в пахотном слое.

Наибольшее влияние на интенсивность миграции радионуклидов в почвенном профиле оказывает водный режим (наиболее сильный вынос происходит при промывном водном режиме, а при выпотном – минимальный).

Поступление радионуклидов в растения зависит как от их вида, так и от поглотительной способности почв. Больше всего радионуклидов поступает в растения, произрастающих на торфяно-глеевых почвах, затем – на торфянисто-подзолистых оглеенных и далее в убывающем порядке – на дерново-подзолистых, серых лесных и черноземах, что связано прежде всего с их ёмкостью катионного обмена (ЕКО) и сорбционной способностью.

Охранные мероприятия на загрязненных территориях направлены на снижение негативных последствий и включают следующие контрмеры:

· ограничение обычной деятельности;

· мелиоративные меры;

· разработка стратегии использования территории и продукции.

Период ограничений зависит от плотности загрязнения и экспозиционной дозы и может варьировать от нескольких недель до десятков лет.

К числу наиболее эффективных мер в растениеводстве относится подбор видов и сортов растений с минимальным уровнем накопления радионуклидов. В животноводстве важную роль играет откорм животных чистыми кормами, а также использование специальных добавок сорбентов, подавляющих переход радионуклидов в молоко.

Мелиоративные мероприятия – внесение сорбентов (цеолитов, вермикулита и т. п.), органических и минеральных удобрений, извести – способствует снижению поступления радионуклидов в растения.

В земледелии существенное снижение их накопления растениями достигается путем агротехнических приёмов : вспашки с оборотом пласта, плантажной вспашки, что приводит к заглублению радиоактивных веществ, в результате чего снижается их накопления в сельскохозяйственной продукции в 24 раза.

Альтернативная стратегия использования загрязненной территории строится без применения специфического воздействия. Например, создание специальных заповедников (таков Полесский радиоэкологический заповедник ); создание лесных посадок на сильно загрязненных пахотных угодьях. В сельском хозяйстве является целесообразным изменение структуры севооборотов, выращивание технических культур, не используемых в пищевых цепях.

Необходимы также контрмеры пропагандистско-информационного характера, направленные на обучение населения, проживающего на загрязненных территориях, действиям и приёмам, приводящим к снижению доз внешнего и внутреннего облучения, и возможному использованию продукции, получаемой с этих территорий.