Россия
Россия
Россия
В статье рассмотрены закономерности пространственного распределения 137Cs и естественных радионуклидов 226Ra, 232Th, 40К в верхнем (0—5 см) слое почв основных функциональных зон г. Полярные Зори. Анализ общей гамма-активности территории с использованием мобильного гамма-спектрометрического комплекса RS-700 показал, что в пределах города можно выделить три локальные аномалии повышенного гамма-излучения, которые приурочены к домам высокой этажности. В ненарушенных торфяных почвах в районе Кольской АЭС и в зоне городских лесов и парков максимальная удельная активность техногенного 137Cs составила 29.5 и 28.8 Бк/кг соответственно. В других функциональных зонах города активность 137Cs в 5 раз меньше. По результатам корреляционного анализа можно утверждать, что техногенный 137Cs имеет умеренную связь (по шкале Чеддока) с фракцией 45 и 500 мкм. 232Th имеет высокую связь с 226Ra, а 40K — с 232Th, что является статистически значимыми результатами при учете P-Value. Можно предположить, что естественные радионуклиды 232Th, 40K, 226Ra имеют умеренную связь с фракцией 1 мм из-за присутствия в верхнем слое почв частиц этого размера. Отмечается умеренная связь между 232Th и 40K.
удельная активность, городские почвы, 137Cs, 40K, 226Ra, 232Th, Полярные Зори, Мурманская область
Основными источниками техногенной радиоактивности для изучаемой территории являлись: стратосферные выпадения в результате атмосферных ядерных испытаний, локальные (тропосферные) выпадения в результате испытаний на ядерном полигоне архипелага Новая Земля. Более ранние исследования (Kuzmenkova, Vorobyova, 2015; Никанов и др., 2019; Мелентьев, 2021) не определили повышенных значений естественной и техногенной радиоактивности в почвах Мурманской области. Удельная активность техногенного 137Cs в верхнем слое почв (0—5 см) изменяется от 3 до 60 Бк/ кг (Воробьева и др., 2017). Несмотря на это, Кольский полуостров является местом, потенциально опасным для загрязнения радионуклидами в результате трансграничного воздушного переноса (Kuzmenkova, Vorobyova, 2015; Никанов и др., 2019; Мелентьев, 2021). Загрязнение почв 137Cs соответствует уровню мирового фона, и ранее «существенных участков со следами выпадения радиоактивных осадков после аварии на Чернобыльской АЭС не выявлено» (Романович и др., 2006). Удельная активность естественных радионуклидов 226Ra, 232Th в ненарушенных почвах Хибинской тундры составляла: в болотной — от 7.03 до 71.06, а в горной тундре — от 15.17 до 27.75 Бк/кг (Никанов и др., 2019).
Город Полярные Зори расположен на возвышенной части берега оз. Пинозеро, а русло р. Нивы разделяет его на правую и левую части. Правобережный район сформирован системой городских озелененных территорий, водных объектов, а так же сеткой улиц и дорог. К городским озелененным территориям относятся: лесопарковая зона у берега оз. Пинозеро, парковые массивы внутри жилых кварталов. Правобережье р. Нивы — жилая зона, которая представлена преимущественно многоэтажной застройкой. Четвертый микрорайон сформирован 3- и 9-этажными жилыми домами. На севере города располагается промышленная зона (Карта …, 2018).
Целью данной работы является получение оригинальных данных и выявление основных закономерностей пространственного распределения естественных и техногенных радионуклидов в почвах г. Полярные Зори в зависимости от типа городской застройки.
Предметом исследования являлась удельная активность 137Cs, 232Th, 226Ra, 40K в городских и в фоновых ненарушенных почвах к югу от Кольской АЭС. Подобные исследования городских почв в Полярных Зорях не проводились.
Материалы и методы
Пробы почвы доводили до абсолютно сухого состояния при температуре 105 °С. В сосуде Маринелли проводились измерения удельной активности изотопов при помощи гамма-спектрометра «ПРОГРЕСС-2000» (Методика …, 2016). Фракционный состав проб почвы выполнялся просеивающей машиной AS200 (Retsch, Германия) ситами с диаметром 200 мм и размером ячеи < 45, 45, 100, 250, 500 мкм, 1.2 мм.
Автомобильные гамма-спектрометрические исследования выполнялись с использованием мобильного сцинтилляционного гамма-спектрометрического комплекса RS-700 (Канада), который имеет цифровой спектрометр с разрешением (1024 канала), позволяющий выполнять измерения общей радиоактивности местности через скорость счета в секунду. Измерения выполнялись на высоте 1.7 м над поверхностью земли. Спектрометр размещали в багажнике, установленном на автомобиле. В общей сложности при гамма-спектрометрической съемке было обработано 370 точек измерений (рис. 3). Точность привязки составляла ± 1—1.5 м (Мобильная система радиометрического контроля RS-700).
Результаты исследования
Летом 2018 г. проведены измерения удельной активности 137Cs, 40K, 226Ra, 232Th в почвах г. Полярные Зори. На первоначальном этапе определены зоны в соответствии с типом застройки и точки отбора проб почвы. В ходе экспедиционных работ было отобрано 18 проб во всех районах города, в пунктах, представленных на рисунке 1.
На большей части города широкое распространение получили урбиквазиземы, индикатором которых служит генетический горизонт «урбик» — горизонт аккумуляции и биогенной трансформации органоминерального и искусственного материала, формирующийся синлитогенно под воздействием антропогенной деятельности. Он характеризуется тем, что содержит не менее 10 % антропогенных включений. Реплантоземы представлены на газонах в кварталах с каменной застройкой. Наиболее сформировавшийся почвенный профиль отмечается под участками с древесной и кустарниковой растительностью в парковых и лесных зонах (Кряучюнас и др., 2020). Функциональное зонирование территории г. Полярные Зори приведено на рисунке 1 (Карта …, 2018). В зоны застройки домами высокой этажности попадают точки отбора проб почвы: 1, 6, 7, 11, 12, 14, 15, 17, 18; в зоны городских лесов и парков — 5, 8, 9; в зоны зеленых насаждений общего пользования — 2—4, 10, 13, 16.
По данным проведенных исследований установлено, что значения удельной активности 137Cs в почвах от 10 до 29.5 Бк/кг (точки 3, 4, 9) получены в юго-восточной части города в почвах городских лесов, парков и в зоне зеленых насаждений общего пользования (рис. 1, a). Значения от 3 до 10 Бк/кг выявлены в почвах зон многоэтажной застройки и озеленённых территорий специального назначения. Для почв остальных районов города значения 137Cs составили менее 3 Бк/кг.
По данным выполненных исследований установлено, что максимальные значения удельной активности 40К в почвах (от 40 до 340.5 Бк/кг) распределены практически равномерно по всей территории города. Значения менее 40 Бк/кг выявлены в почвах юго-восточной части города в зонах городских лесов, парков и зеленых насаждений общего пользования и коррелируют с распространением максимальных значений техногенного 137Cs (рис. 1, d).
На рисунке 1, c показано, что максимальные значения удельной активности 232Th в почвах (от 6 до 14.9 Бк/кг) относятся к почвам зоны застройки высокой и средней этажности. Значения менее 6 Бк/кг встречаются практически равномерно в почвах всех зон города.
По данным проведенных исследований установлено, что максимальные значения удельной активности 226Ra в почвах (от 5 до 17.1 Бк/кг) относятся к зонам многоэтажной застройки и озеленённых территорий специального назначения. Значения менее 5 Бк/кг встречаются практически равномерно в почвах всех зон города (рис. 1, b).
Обсуждение результатов
Более ранние исследования близлежащих территорий показали, что наибольшие значения удельной активности 137Cs отмечаются в лесной подстилке и гумусовом горизонте (от 30 до 103) Бк/кг в окрестностях Кольской АЭС. Удельная активность 137Cs в 15-километровой зоне от Кольской АЭС соответствует фоновым уровням, формирующимся в результате глобальных выпадений техногенных радионуклидов (Кизеев и др., 2018). Для сравнительного анализа авторами были отобраны пробы из верхнего 5-сантиметрового слоя ненарушенных торфяно-подзолистых почв в 2 км к югу от Кольской АЭС, где максимальные значения 137Cs достигали 29.5 Бк/кг.
Средние значения удельной активности радионуклеидов составили: 137Cs в почвах вблизи домов высокой этажности г. Полярные Зори — 3.33 Бк/кг, в пределах городских лесов и парков — 6.78 Бк/кг, в почвах зеленых насаждений общего пользования — 10.18 Бк/кг; 226Ra в почвах рядом с домами высокой этажности — 9.36 Бк/кг, в почвах городских лесов и парков — 8.35 Бк/кг, в почвах зеленых насаждений общего пользования — 10.17 Бк/кг (рис. 2); 232Th в почвах рядом с домами высокой этажности — 9.04 Бк/кг, в почвах городских лесов и парков — 7.79 Бк/кг, в почвах зеленых насаждений общего пользования — 8.2 Бк/кг; 40K в почвах рядом с домами высокой этажности 216.58 Бк/кг, в почвах городских лесов и парков — 161.43 Бк/кг, в почвах зеленых насаждений общего пользования — 196.86 Бк/кг (рис. 3).
Анализ общего гамма-излучения территории г. Полярные Зори по результатам гамма-спектрометрических исследований с использованием мобильного комплекса RS-700 показал, что в пределах города можно выделить три локальные аномалии повышенного гамма-излучения (0.08—0.084 мкЗв/ч) (рис. 3), что не превышает средних значений по России (0.04—0.20 мкЗв/ч). Также можно выделить три зоны гамма-излучения на северо-западе, в средней части и на востоке города с меньшими значениями (0.068—0.072 мкЗв/ч). Все аномалии приурочены к домам высокой этажности. В остальных частях города значения общей гамма-активности составили менее 0.06 мкЗв/ч.
Максимум анализируемых образцов почв исследован с помощью сит с размером ячеек 100 мкм и 250 мкм (по 23 % соответственно), а минимум — ситом с размером ячеек < 45 мкм (4 %) (рис. 4). По результатам корреляционного анализа взаимосвязей между радионуклидами и фракционным составом можно утверждать, что техногенный 137Cs имеет умеренную по силе связь (по шкале Чеддока) с фракцией 45 и 500 мкм. 232Th имеет высокую по силе связь с 226Ra, а 40K — с 232Th, что является статистически значимыми результатами при учете P-Value. Интересной особенностью явилось отсутствие связи активностей 232Th, 40K, 226Ra с фракциями 45 и < 45 мкм и наличие умеренной по силе связи 226Ra с фракцией 1 мм. Можно предположить, что естественные радионуклиды 232Th, 40K, 226Ra имеют умеренную по силе связь с фракцией 1 мм из-за присутствия в верхнем слое почв частиц этого размера. Отмечается умеренная по силе связь между 232Th и 40K (табл. 1).
Заключение
При анализе пространственного распределения полученных оригинальных данных установлено, что максимальное значение удельной активности 137Cs в почвах г. Полярные Зори (28.8 Бк/кг) отмечается в юго-восточной части города в зонах городских лесов, парков и зеленых насаждений общего пользования. Значения от 3 до 10 Бк/кг выявлены в почвах зон многоэтажной застройки и озеленённых территорий спецназначения. Для почв остальных районов города значения 137Cs составили менее 3 Бк/кг. По нашим данным, в 2 км к югу от Кольской АЭС в верхнем (0—5 см) слое ненарушенных торфяно-подзолистых почв максимальные значения удельной активности 137Cs достигают 29.5 Бк/кг.
Максимальные значения удельной активности естественных радионуклидов в городских почвах составили: для 232Th в зонах застройки многоквартирными домами высокой и средней этажности — 14.9 Бк/кг; для 226Ra в зоне застройки многоквартирными домами высокой этажности — 17.1 Бк/кг; для 40К в зоне озеленённых территорий — 340.5 Бк/кг. Для 226Ra и 232Тh более высокие активности в почвах города связаны с гранулометрическим составом и характером подстилающих почву четвертичных отложений. Распределение удельной активности 40K в почвах объясняется разной плотностью растительности на изученной территории, легко вовлекающей его в биологический круговорот.
Анализ общего гамма-излучения территории г. Полярные Зори по результатам гамма-спектрометрических исследований показал, что можно выделить три локальные аномалии повышенного гамма-излучения в диапазоне от 0.08 до 0.084 мкЗв/час. Все выявленные аномалии приурочены к домам высокой этажности.
По результатам корреляционного анализа можно утверждать, что техногенный 137Cs имеет умеренную связь (по шкале Чеддока) с фракцией 45 и 500 мкм. 232Th имеет высокую связь с 226Ra, а 40K — с 232Th, что является статистически значимыми результатами при учете P-Value. Можно предположить, что естественные радионуклиды 232Th, 40K, 226Ra имеют умеренную связь с фракцией 1 мм из-за присутствия в верхнем слое почв частиц этого размера. Отмечается умеренная связь между 232Th и 40K.
1. Воробьева Т. А., Евсеев А. В., Кузьменкова Н. В. Радиогеохимические исследования состояния ландшафтов Кольского полуострова // Арктика: экология и экономика. 2017. № 2 (26). С. 17-26. DOI:https://doi.org/10.25283/2223-4594-2017-2-17-26
2. Карта градостроительного зонирования г. Полярные Зори. 2018. URL: http://www.pz-city.ru/index.php/pravila-zemlepolzovaniya-i-zastrojki/62-gradostroitelstvo/945-karty-gradostroitelnogo-zonirovaniya (дата обращения: 25.09.2023).
3. Кизеев А. Н., Манахов Д. В., Силкин К. Ю., Ушамова С. Ф., Попова М. Б. Состояние почвенно-растительного покрова в 30-км зоне Кольской атомной электростанции // Наука и бизнес: пути развития. 2018. № 4 (82). С. 199-205.
4. Кряучюнас В. В., Кузнецова И. А., Котова Е. И, Игловский С. А., Мироненко К. А., Суханов С. Г. Содержание и особенности распределения естественных и техногенных радионуклидов в почвах малого арктического города // Экология человека. 2020. № 5. С. 11-20. DOI:https://doi.org/10.33396/1728-0869-2020-5-11-20
5. Мелентьев Г. Б. Естественная радиоактивность редкометалльно-специализированного минерального сырья и урбанизированных территорий Карело-Кольского региона как фактор их радиоэкологической оценки // Труды Карельского научного центра РАН. 2021. № 2. С. 27-43. DOI:https://doi.org/10.17076/geo1284
6. Методика измерения активности радионуклидов с использованием сцинтилляционного гамма-спектрометра с программным обеспечением «Прогресс». М.: Амплитуда. 2016, 12 с.
7. Мобильная система радиометрического контроля RS-700. URL: https://agtsys.ru/storage/instructions/December2019/tPgJvmBN67MXpVzMIiOE.pdf (дата обращения: 25.09.2023).
8. Никанов А. Н., Гудков А. Б., Шелков М. В., Попова О. Н., Щербина Ф. А., Щербина А. Ф. Характеристика радиационного фона арктической территории в районе расположения горно-обогатительного комплекса // Экология человека. 2019. № 5. С. 11-14. DOI:https://doi.org/10.33396/1728-0869-2019-5-11-14
9. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009) // Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы. М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2009. 115 с.
10. Романович И. К., Чернев А. В., Стамат И. П, Венков В. А., Кормановская Т. А. Дозы облучения населения Мурманской области природными источниками излучения и радионуклидами глобальных выпадений // Экология промышленного производства. 2006. № 1. С. 36-38. DOIhttps://doi.org/10.17076/geo1284
11. Kuzmenkova N., Vorobyova T. Landscape-geochemical mapping of territory in the north-west of Kola Peninsula // J. of geochemical exploration, 2015, No. 154, P. 194-199. doihttps://doi.org/10.1016/j.gexplo.2014.12.016
