Содержание материала

Поведение и миграция радионуклидов в природных сухопутных и пресноводных экосистемах. Включение радионуклидов в круговорот органического вещества и химических элементов в окружающей среде обусловило миграцию и перераспределение радионуклидов в экосистемах. На протяжении начального и промежуточного послеаварийных периодов происходила, в основном, аккумуляция радионуклидов в почвенно-растительном покрове сухопутных ландшафтов (а также в донных отложениях местных озер), затем, по мере установления постоянных скоростей обмена между содержанием радионуклидов в отдельных звеньях экосистем, наступил длительный период почти равновесного распределения содержания радионуклидов в экосистемах на фоне медленного снижения их общего запаса в экосистеме (или ландшафте) вследствие радиоактивного распада (табл. 2.56).
На протяжении последних 20-30 лет в надземной биомассе растительных сообществ содержалось около 5% 90Sr и 1% 137Cs из общего запаса этих радионуклидов в лесных экосистемах (остальная часть приходилась на депо почва + подстилка) и соответственно около 0,2 и 0,1% в надземной биомассе травянистых сообществ. Скорость биологического вовлечения радионуклидов в круговорот минеральных веществ достигала 2,7% в год у 90Sr и 0,8% в год у 137Cs от запаса в лесной экосистеме и соответственно 0,2 и 0,1% в год в травянистых экосистемах.
Вследствие накопления радионуклидов в многолетних живых тканях, в первую очередь древесине и ветвях деревьев, у последних скорость нетто вовлечения 90Sr и 137Cs (вовлечение минус возврат) достигала около 0,5% в год (табл. 2.56).

Таблица 2.56
Содержание радионуклидов в биомассе фитоценозов и скорость вовлечения радионуклидов в биологический круговорот в 1971-1993 гг. [68,69]

Начальное и последующее распределение содержания радионуклидов в биогеоценозе непроточных озер на территории Восточно-Уральского радиоактивного следа определялись действием следующих процессов [30]:

  1. гравитационным осаждением (седиментацией) твердых частиц собственно продуктов взрыва 1957 г. и природных взвесей; с последними коагулировали частицы выпавшего вещества и на них сорбировались радионуклиды;
  2. сорбцией растворенных радионуклидов донными отложениями;
  3. включением радионуклидов в биологические компоненты гидроценоза и биологический круговорот радионуклидов.

Первые два фактора действовали на протяжении начального периода, сразу после радиоактивных выпадений. Длительность периода установления динамического равновесия в водоемах достигала нескольких месяцев (табл. 2.57).
Та б л и ц а 2.57
Параметры установившегося распределения радионуклидов в гидроценозах озер Восточно-Уральского радиоактивного следа [5]

Установление равновесного распределения радионуклидов в водоемах ВУРСа сопровождается природным самоочищением воды и биологических компонентов с течением времени. В основном, самоочищение воды обусловлено сорбцией радионуклидов на природных взвесях и донных отложениях, верхний слой которых в начальный период содержал осевшие частицы взвесей, несущих радионуклиды.
Равновесная концентрация радионуклидов в воде и донных отложениях может быть оценена по соотношениям [30]
(2.14)
(2.15)
где qB и - удельная активность радионуклида в воде (Бк л-1) и в донных отложениях (Бк кг-1); определяется для сорбционноактивного верхнего слоя донных отложений, толщина которого  составляет около 2-5 см; Ка - равновесный коэффициент распределения радионуклида в системе донные отложения — вода, равный отношению удельной активности радионуклида в донных отложениях (в расчете на единицу массы) к таковой в воде (в расчете на единицу объема), м3 кг1. 90Sr относится к умеренно сорбируемым химическим элементам с Кд=2 м3 кг1, 137Cs - к сильно сорбируемым с Кд= 10-30 м3 кг’1; Кс - коэффициент скорости переноса радионуклида в донные отложения, м3 (кг с)1; λ^- константа эффективной скорости выведения радионуклида из воды, с1.

Значения Кс и λэф зависят от гидроморфических и гидрохимических характеристик озер; Кс находится на уровне 10-6 м3 (кг с)-1 для 90Sr и 10-5 м3 (кг с)1 для 137Cs.
Удельная активность 90Sr в воде 12 непроточных озер на территории Восточно-Уральского радиоактивного следа характеризовалась достаточно быстрым ее снижением (рис. 2.16). По сравнению с 1959 г., когда удельная активность 90Sr в воде снизилась по отношению к начальным уровням (на 15 октября 1957 г.) примерно на 22% и когда, как можно предполагать, установилось стабильное распределение активности в гидроценозе, к началу 80-х годов удельная активность 90Sr в воде (а также в скелете рыб) снизилась в 15-20 раз, что намного больше, чем возможное снижение активности только за счет радиоактивного распада 90Sr.

Рис.2.16 Динамика удельной активности 90Sr в воде озер Восточно- Уральского радиоактивного следа (за 1 принята удельная активность в 1959 г.) [5, 39]: 1 - скорость радиоактивного распада 90Sr; 2 - средняя скорость наблюдавшегося снижения удельной активности 90Sr в воде
Оцененный на этой основе эффективный период полуочищения воды (и рыбы) от 90Sr составил около 5,8 лет (λ = 0,12 год1).
Изменение распределения содержания 90Sr в профиле донных отложений с течением времени вследствие вертикальной миграции в слое донных отложений и постоянного нарастания верхнего слоя с меньшей удельной активностью показано на примере оз. Урус- Куль для периода 1964-1975 гг. (табл. 2.58).

Таблица 2.58
Распределение 90Sr в профиле донных отложений оз. Урус-Куль, % содержания во всем анализируемом слое [5]

Снижение содержания 90Sr в верхнем адсорбционно-активном слое толщиной 0-5 см с течением времени шло быстрее, чем его убыль вследствие радиоактивного распада, и составляло 4,5-7% в год.
Распределение содержания радионуклидов в гидроценозах непроточных водоемов на территории ВУРСа характеризуется концентрированием 90Sr и 137Cs в донных отложениях (табл. 2.59). Доля содержания радионуклидов в воде от общего их запаса в гидроценозе снизилась с 10% для 90Sr и 1% для 137Cs в 1958 г. до почти 0,01% для 90Sr и 0,01 % для 137Cs в 1985 г.

Таблица 2.59
Распределение содержания радионуклидов в гидроценозах озер на территории Восточно-Уральского радиоактивного следа, % содержания в гидроценозе в целом

Содержание и удельная активность 90Sr и 137Cs в гидробионтах озер ВУРСа характеризуются значительной изменчивостью, так как зависят от гидрохимических характеристик водоемов и их трофности (табл. 2.60). Для объяснения различий в уровнях накопления радионуклидов гидробионтами разных озер была осуществлена классификация озер по их характеристикам. Уровень накопления 90Sr в теле рыбы был поставлен в зависимость от общности гидрохимических характеристик и трофности водоемов [5]; в табл. 2.61 показано, что максимальные КН относятся к рыбе эвтрофных озер с наибольшей общей жесткостью воды (2,5-5,3 мг-экв. л-1).

Таблица 2.60
Коэффициенты накопления радионуклидов в гидробионтах (по отношению к удельной активности воды)

Та б л и ц а 2.61 Накопление 90Sr в теле рыбы в зависимости от характеристик озер Восточно-Уральского радиоактивного следа [5] (в скобках указан разброс значений КН)

В 1990 г. были оценены КН 90Sr для рыбы и высшей растительности (тростник) в зависимости от гидрохимических показателей воды четырех озер, расположенных в головной части ВУРСа [69], и показано, что, в основном, накопление 90Sr в рыбе и высшей растительности определяется содержанием Са2+ в воде (рис. 2.17).

Рис. 2.17. Зависимость коэффициента накопления КН 90Sr в рыбе от концентрации кальция в воде озер [69]