ЭКОЛОГИЯ

УДК 504

В. Л. Ананян, А. А. Степанян, А. А. Кюрегян, А. Г. Налбандян

О радиоактивности донных отложений Малого Севана

(Представлено чл.-кор. НАН РА А. А. Шагиняном 23/III 2004)

   Озеро Севан - одно из самых крупных высокогорных пресноводных озер мира. С 1933 г. воды озера используются для ирригации и гидроэнергетики. Уровень воды в нем в настоящее время опустился на 18.6 м. Снижение уровня озера и усиление эрозионных процессов привели к изменению биохимического состава вод и нарушению его устойчивого экологического состояния. Началась эвтрофикация водоема.
   Севанский бассейн и само озеро исследовались по многим научным направлениям [1-10]. Нашей задачей являлось изучение радиоактивности донных отложений озера и использование радионуклидов в качестве меток, с целью исследования палеорадиоэкологических особенностей озера Севан.
   Отбор донных отложений произведен при помощи трубки Гоина, установленной на катере, зафрахтованном для данной цели у Гидрометслужбы Армении. Первая экспедиция состоялась в сентябре 2002 г. по Малому Севану. Пробы были взяты в трех пунктах. Зафиксированы координаты точек и глубина, с которой взяты пробы (табл. 1). После подъема и раскрытия трубок сверху вниз брались образцы: в пунктах 1 и 2 каждые 10 см, в пункте 3 - каждые 5 см.
   Обработка образцов донных отложений проводилась в Лаборатории радиоэкологии ЦЭНИ НАН РА. Образцы были высушены при 70o С до постоянного веса и измельчены. Часть образцов была транспортирована в США для палеоэкологических исследований. Остальная часть оставлена в ЦЭНИ для проведения химических анализов и радиометрических определений.
   Измерения активностей 40К, 226Ra, 210Pb, 137Cs проведены гамма-спектрометрическим методом в Департаментах океанографии Флоридского (ФГУ) и Луизианского (ЛГУ) гос. университетов (США), в Лаборатории радиоэкологии ЦЭНИ НАН РА, в Лаборатории охраны окружающей среды АрмАЭС, а также в Национальном институте радиационной защиты (НИРЗ) (Чешская Республика).
   Калий сравнительно широко распространен в природе. Среднее содержание в земной коре - 2.6 %, а радиоактивный изотоп 40К в естественной смеси изотопов калия составляет 0.0119%. Период полураспада 40К - 1.13×109 лет. Атомное отношение изотопов калия 40К/39К = 1/85000.
   Концентрация 40К (табл. 3) в пункте 1 в среднем несколько выше, чем в пункте 3. Надо отметить, что содержание калия в почвах Севанского бассейна колеблется в пределах 247-372 Бк/кг. Как видим, концентрация калия в донных отложениях находится в тех же пределах, что и в почвах.
   Радий. Радиоактивный изотоп 226Ra - один из дочерних продуктов распада 238U, имеет период полураспада 1620 лет. При распаде испускает a-частицы (94.3%) и g-излучение (5.7%). Содержание в почве составляет 1×10-10 вес.%.
   Концентрация 226Ra в донных отложениях пунктов 1, 2, 3 (табл. 2, 3) находится в пределах одного порядка - 55-22.6 Бк/кг. Содержание Ra в пункте 1 несколько выше, чем в других. По слоям отмечаются небольшие различия. В верхних слоях содержание Ra выше, с глубиной несколько уменьшается.
   Надо отметить, что содержание Ra в почвах Севанского бассейна колеблется в пределах 36-77 Бк/кг, в среднем 56 Бк/кг [8], т.е. находится в тех же пределах, что и в донных отложениях озера.
   Несмотря на различия в количественных показателях, полученных разными лабораториями, отмечается общая закономерность - содержание К и Ra относительно равномерно распределено по всей глубине колонок, несколько снижаясь с глубиной.
   Радионуклид 210Pb (период полураспада 22.3 года) относится к классу как воздушных, так и водных мигрантов. В воздушной среде передвижение 210Pb связано с миграцией его материнского радионуклида 222Rn - радона. 210Pb достаточно быстро оседает на аэрозоли и пылевые частицы, находящиеся в воздухе. Некоторая доля этого радионуклида в адсорбированной форме выпадает на земную поверхность с атмосферными осадками. В природных водах 210Pb перемещается в основном с твердыми взвешенными частицами в виде коллоидов [9]. Некоторые авторы считают, что определенное количество 210Pb присутствует в атмосфере в результате испытаний ядерного оружия [10].

   Приведенные в табл. 3 и на рис. 1 данные показывают, что 210Pb концентрируется в поверхностных слоях донных отложений (0-20-30 см), глубже концентрация 210Pb мала. Это указывает на то, что выпадение 210Pb происходит в основном с атмосферными осадками. Глубже его содержание связано с 226Ra. Это очень четко видно на графиках (рис. 1). Как видим, начиная примерно с глубины 30 см концентрация 210Pb изменяется параллельно концентрации 226Ra. При распаде радия образуется радон, который, распадаясь, образует 210Pb.
   Цезий (природный) относится к группе малоподвижных элементов, со сравнительно низкой миграционной способностью.
 

 

Рис. 1. Концентрация 226Ra и 210Pb в донных отложениях М. Севана. Департаменты океанографии
Флоридского и Луизианского гос. университетов.

   Радионуклид 137Cs (период полураспада 30.5 года) при выпадении с атмосферными осадками на целинных почвах закрепляется в поверхностном 0-5 см слое. В пахотных почвах он перемешивается и закрепляется на глубину пахотного слоя. В растения 137Cs поступает в основном внекорневым путем [7]. 137Cs считатся одним из наиболее опасных продуктов ядерных испытаний. Концентрации 137Cs в донных отложениях Малого Севана показаны в табл. 2, 3 и на рис. 2, 3. Проведенные в различных лабораториях измерения выявили колебания в количественных показателях. Однако при этом прослеживается четкая закономерность - 137Cs накапливается в верхнем 0-40-50 см слое отложений. Глубже он не обнаруживается. Следовательно, наличие 137Cs зафиксировано в донных отложениях под толщей воды на глубине до 60 м.

Рис. 2. Концентрация 137Cs в донных отложениях М. Севана, пункт 1, 2. Лаборатория охраны
окружающей среды АрмАЭС.

   Таким образом, в результате палеорадиоэкологического исследования донных отложений Малого Севана определены концентрации естественных и искусственных радионуклидов 40K, 210Pb, 226Ra, 137Cs.
   226Ra и 40K распределены равномерно на глубину колонок (1.15-0.5 м). Их концентрации сопоставимы с содержанием в почвах Севанского бассейна.

Рис. 3. Концентрация 137Cs в донных отложениях М. Севана. Департаменты океанографии
Флоридского и Луизианского гос. университетов.

   210Pb концентрируется в основном в верхних слоях отложений (0-30 см), глубже его содержание значительно уменьшается и распределяется параллельно содержанию 226Ra. 210Pb благодаря короткому периоду полураспада в палеорадиоэкологии используется в качестве метки для определения возрастов отложений. 137Cs - один из наиболее опасных продуктов ядерных испытаний. Как показали измерения, он обнаруживается в верхних слоях донных отложений (0-50 см). Это означает, что 137Cs должен также содержаться в воде озера, водных растениях и живых организмах (рыбе, раках, моллюсках). Если мы примем, что содержание 137Cs в слое 0-50 см отложений в 2002 г. составляло 200 Бк/кг, то при отсутствии в дальнейшем новых поступлений примерно к 2300 г. 137Cs почти полностью распадется.
   Настоящее исследование осуществлено благодаря гранту N058 - 02/ CRDF 12003 Национального Фонда Науки и Передовых Технологий (NFSAT) и Гражданского Фонда Науки и Развития (CDRF)

   Центр эколого-ноосферных исследований НАН РА

Литература

   1. Александрян В. В., Баграмян Г. А., Чилингарян Л. А. В сб.: Экологические проблемы озера Севан. Ереван. 1993. С. 50.
   2. Оганесян Р. О. В сб.: Экологические проблемы озера Севан. Ереван. 1993. С. 46.
   3. Бассейн озера Севан (Гокча). Под ред. академика Ф. Ю. Левинсон-Лессинга. Изд-во АН СССР. 1933.
   4. Капланян П. М., Галстян А. Р., Григорян А. А., Карапетян А. И., Эксузян Ц. О. Геохимия природных вод бассейна озера Севан. Ереван. Изд-во НАН РА. 1997.
   5. Сатиан М. А., Чилингарян Г. В. Геология Севана. Ереван. Изд-во НАН РА. 1994. 182 с.
   6. Давтян Г. С., Ананян В. Л. Исследования радиоактивности почв Армянской ССР (1958-1960). Ереван. 1963. 61 с.
   7. Ананян В. Л., Степанян Э. К. Особенности миграции 90Sr, 137Cs в системе почва-растение в Республике Армения. Деп. в АрмНИИНТИ 10.11.1993. N36.-АР93. 126 с.
   8. Ананян В. Л. - Изв. АН АрмССР. Науки о Земле. 1989. Т. 13. N2. С. 41.
   9. Дричко В. Ф. - Итоги науки и техники. Радиационная биология. Т. 4. М. 1983. С. 66.
   10. Моисеев А. А., Иванов В. И. - Справочник по дозиметрии и радиационной гигиене. М. 1974. 83 c.