238 радиоактивное загрязнение водных экосистем в результате

Материалы IV Международной конференции, г. Томск, 4–8 июня 2013 г.
Компьютерное моделирование миграции загрязняющих веществ в природных дисперсных средах. – Минск: МГТУ им.
А.Д. Сахарова, 2011. – 212 с.
9. Мамихин С.В. Динамика углерода органического вещества
и радионуклидов в наземных экосистемах (имитационное
моделирования и применение информационных технологий). – М.: Изд-во Моск. ун-та, 2003. – 172 с.
10. Мамихин С.В., Никулина М.В. Имитационная модель поведения 90Sr в почве и древесном ярусе соснового леса //
Радиационная биология. Радиоэкология, 2005. – Т.45. – №4.
– С.218–226.
11. Прохоров В.М. Миграция радиоактивных загрязнений в почвах. Физико-химические механизмы и моделирование / Под
ред. Р.М. Алексахина. – М.: Энергоиздат, 1981. – 98 с.
12. Трапезников А.В., Молчанова И.В., Караваева Е.Н., Трапезникова В.Н. Миграция радионуклидов в пресноводных и наземных экосистемах. Том II. – Екатеринбург: Изд-во Урал.
ун-та, 2007. – 400 с.
Радиоактивное загрязнение водных экосистем в результате
деятельности радиохимического предприятия
Н.Н. Казачёнок, И.Я. Попова, В.А. Костюченко, Г.В. Полянчикова, Ю.П. Тихова,
В.С. Мельников, Г.Б. Россинская, К.Г. Коновалов, А.И. Копелов
Уральский научно-практический центр радиационной медицины ФМБА России,
Челябинск, Россия, kazachenok.nina@mail.ru, kazachenok@urcrm.ru
Radioactive contamination of the aquatic ecosystems as a
result of the activities of the radiochemical factory
N.N. Kazachonok, I.Ya. Popova, V.A. Kostyuchenko, G.V. Polyanchikova, Yu.P. Tikhova,
V.S. Melnikov, G.B. Rossinskaya, K.G. Konovalov, A.I. Kopelov
Urals Research Center for Radiation Medicine, Chelyabinsk, Russia, kazachenok.nina@mail.ru, kazachenok@urcrm.ru
Abstract. We present results of a study of the radioactive contamination of aquatic ecosystems, which are located near
the villages in the 30–40 km zone of the Mayak PA. The contamination of lakes is not dangerous to humans. In the
Techa river we found a dangerous contamination of the water, the coastal grasses and the fish with 90Sr.
В течение длительного времени территория, прилегающая к радиохимическому предприятию ПО «Маяк»,
подвергалась радиоактивному загрязнению газоаэрозольными выбросами ПО «Маяк», радиоактивными осадками
после ряда Уральских радиационных аварий, после аварии на Чернобыльской АЭС, глобальными выпадениями.
Особенно серьезные последствия вызвал сброс радиоактивных отходов в систему реки Теча. Предполагается, что
в период 1949–1954 г. в точке сброса ЖРО поступило, в
частности, 90Sr + 90Y – 47,1 кКи, 137Cs + 137mBa поступило 49,9
кКи [3].
осаждением на стальные диски. Измерение α-активности
выполняли на α-спектрометрической установке на основе
ионизационной импульсной камеры, используя предварительно внесенную в пробу индикаторную метку (236Pu или
242
Pu). Удельную эффективную активность естественных
радионуклидов (Аэфф) рассчитывали согласно СанПиН
2.6.1.2523-09. «Нормы радиационной безопасности НРБ99/2009». Все применяемые методики измерения имеют
Государственные свидетельства о метрологической аттестации. Лаборатория аккредитована в системе аккредитации лабораторий радиационногоконтроля.
Методика исследований
В 2008–2012 гг. проводили исследование радиоактивного загрязнения воды, донных отложений и прибрежной
почвы в зонах активного водопользования озер, расположенных в ареалах населенных пунктов на территории в
радиусе 30–40 км от ПО «Маяк», а также – системы реки
Теча. Удельную активность 137Cs, 226Ra, 232Th и 40K в пробах определяли с помощью γ-спектрометров «Прогресс»
и МКС-01А «МУЛЬТИРАД». В малоактивных пробах 137Cs
определяли радиохимически сурьмянойодидным методом. Активность 90Sr в пробах рассчитывали после радиохимического выделения дочернего 90Y с использованием
МИОМФК и последующим измерением его активности
на малофоновой β-метрической установке УМФ-1500 с
пламенно-фотометрическим контролем выхода носителя стронция. 239Pu концентрировали и очищали на анионообменной смоле с последующим электрохимическим
Результаты и обсуждение
Уровни загрязнения озер в местах активного водопользования
В 2008–2011 гг. исследовали пробы воды, донных отложений и прибрежной почвы, отобранные в 26 местах активного водопользования 24 озер на расстоянии 30–40 км
от промплощадки ПО «Маяк», а также на озере Еловое (в
районе г. Чебаркуль), выбранном для сравнения.
Вода в озере Еловое содержала 0,011 Бк/л 137Cs, 0,042
Бк/л 90Sr, 5,9 Бк/л 3Н. Удельная активность 137Cs в воде
24 озер на исследуемой территории колебалась от 0,007
до 0,063 Бк/л (в 3 озерах активность 137Cs не превышала
активности в о. Еловое, максимальная активность – в о.
Хагальгим), 90Sr – от 0,014 до 0,69 Бк/л (в 7 озерах активность 90Sr не превышала активности в о. Еловое, максимальная активность – в о. Хагальгим), 3Н – от 9,6 до 53,4
Бк/л (во всех озерах активность 3Н была выше, чем в о.
238
Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека
Таблица 1. Значения коэффициентов корреляции между удельной активностью радионуклидов в компонентах водных экосистем
№
Среда
1
2
Радионуклид
137
Вода
90
Sr
3
4
137
5
6
7
Прибрежная
почва (0–10 см)
3
4
5
6
7
8
9
0,492
0,612
0,642
0,20
0,31
0,18
0,421
–0,04
0,64
0,30
0,83
2
0,37
0,39
1
0,13
–0,05
0,451
0,542
0,30
0,29
0,401
0,00
0,18
0,26
0,26
0,61
0,13
0,33
0,07
–0,02
0,652
0,37
0,06
0,32
0,34
2
Н
3
Донные (0–10 см)
Cs
2
90
Sr
137
90
Cs
0,21
Cs
Sr
2
Cs
Почва ареала
90
(0–10см)
9
Sr
Примечание: 1 – статистически значим при p < 0,05; 2 – статистически значим при p < 0,01.
8
0,652
137
Еловое, максимальная – в о. Улагач). Во всех исследованных озерах удельная активность 137Cs, 90Sr, 3Н в воде
оказалась ниже уровня вмешательства (УВ – 3Н в питьевой
воде – 7 600 Бк/л, 137Cs – 1,0 Бк/л, 90Sr 4,9 Бк/л [4]). Таким
образом, вода во всех озерах, используемых населением,
загрязнена радионуклидами в большей степени, чем это
обусловлено глобальными выпадениями, однако она соответствуем нормам радиационной безопасности. 222Rn в
воде озер не обнаружен.
В таблице 1 показаны значения коэффициентов корреляции между удельными активностями радионуклидов в
воде, донных отложениях, прибрежной почве и автоморфной почве из ближайшей к водоему точки отбора (почва
ареала). Удельная активность радионуклидов в прибрежной почве мало связана с активностью в почве ареала.
Поскольку прибрежная почва гидроморфна, ее активность
зависит от способности удерживать связанные радионуклиды в условиях постоянного увлажнения. Во многих
точках отбора почва в прибрежной зоне вследствие абрадирующей деятельности воды грубая, скелетная, бедная
гумусом. Даже при относительно высоких уровнях загрязнения ареала почва может быть малоактивной. Среднее
отношение активности 137Cs в прибрежной почве к активности его в почве ареала для 26 точек отбора составило
1,2±0,4, для 90Sr это отношение составляет 1,4±0,7, что
в целом соответствует представлениям об аккумуляции
радионуклидов в понижениях водосборной территории,
однако на песчано-щебенчатых берегах это отношение
может составлять 0,1–0,2. Активность донных отложений в
прибрежной зоне в большинстве случаев ниже, чем активность прибрежной почвы и почвы ареала. Как и следовало
ожидать, активность 137Cs и 90Sr в воде коррелирует с их
активностью в донных отложениях. Активность 137Cs в воде
и донных, а также 3Н в воде коррелирует с активностью
137
Cs в слое 0–10 см почвы ареала. По-видимому, загрязнение территории 137Cs и 3Н обусловлено регламентными
выбросами.
В таблице 2 представлены результаты исследования
распределения радионуклидов в отдельных тканях рыбы
(сборные пробы). Как и следовало ожидать, 90Sr накапливается преимущественно в костной ткани, 137Cs же распределяется относительно равномерно. Содержание 90Sr
и 137Cs в отобранных образцах не превышает ПДУ (предельно допустимое содержание в рыбе, фарше 137Cs – 130
Бк • кг1, 90Sr – 100 Бк • кг1 [5]).
Исследованные озера не представляют опасности для
населения при использовании для водопоя, полива и в рекреационных целях. На берегу озера Алабуга не рекомендуется косить траву и собирать ягоды. Пригодность озер
для рыборазведения и рыболовства требует дальнейшего
изучения.
Радиационная обстановка в реке Теча
В настоящее время вода р. Течи наиболее загрязнена
в верхнем течении от Асанова моста до н.п. Муслюмово.
Удельная активность 90Sr в воде на этом участке колеблется от 1,6 Бк/л до 60,0 Бк/л, и, в среднем, составляет
17,1±2,2 Бк/л. Активность 137Cs колебалась от 0,06 Бк/л до
11,5 Бк/л, в среднем – 1,0±0,4 Бк/л, активность 3Н – от 11,2
Таблица 2. Уровни загрязнения радионуклидами тканей рыбы в
озерах, Бк • кг1
Название
озера
Вид рыбы
Подлещик
Иртяш
Чебак
Сырок
Синара
Куяш
Чебак
Чебак
Вид ткани
137
Cs
90
Sr
Мышцы
3,2
0,7
Кости
5,1
19,0
Головы
3,0
12,2
Фарш без голов
3,6
4,4
Мышцы
9,0
1,4
Кости
6,9
28,0
Головы
5,4
19,7
Фарш без голов
8,7
5,6
Мышцы
4,8
0,9
Кости
5,5
20,3
Головы
6,0
18,9
Фарш без голов
4,9
3,1
Мышцы
2,6
4,1
Кости
3,2
21,9
Головы
2,6
17,3
Тушка
8,6
29,5
239
Материалы IV Международной конференции, г. Томск, 4–8 июня 2013 г.
Бк/л до 451 Бк/л, в среднем 240±33 Бк/л, активность 239,240Pu
не превышала 0,096 Бк/л, в среднем – 0,019±0,02 Бк/л. В
верхнем течении реки только 90Sr практически во всех пробах воды значительно превышает Уровень вмешательства
[4]. После реконструкции плотины П-11 с 2009 г. по 2012 г.
активность 90Sr и 3Н значительно выросла, как в отдельных
пробах, так и в среднем за год (таблица 3).
Максимальное количество 137Cs в отобранных снеговых пробах соответствовало плотности выпадений 15,2
Бк/м2, 90Sr – 37,6 Бк/м2. В талой воде активность 137Cs составила 0,13 Бк/л, 90Sr – 0,32 Бк/л. Атмосферные осадки
способствуют разбавлению и снижению удельной активности 137Cs и 90Sr в речной воде. Однако при подъеме уровня воды в водоемах Теченского каскада увеличивается
фильтрация из них через плотину и в обводные каналы.
С 2000 по 2009 гг. активность 90Sr, в воде в верхнем течении, как правило, увеличивалась в годы с наибольшим
количеством осадков. В 2010–2012 гг., после реконструкции плотины, колебания активности 90Sr в воде верховьев
реки происходили в противофазе с колебаниями осадков.
В период весеннего половодья и после осенних дождей
активность 90Sr в воде наименьшая. Повышение активности характерно не столько для летней межени, сколько для
позднезимнего (что может быть связано с кристаллизацией воды) и раннеосеннего периодов. Зависимости уровней
загрязнения радионуклидами воды реки Теча от погодных
условий в декаду, предшествующую времени отбора пробы, не обнаружено.
Удельные активности 90Sr и 3H в воде в период исследования были взаимосвязаны. В верхнем течении реки в
2009–2012 гг. коэффициент корреляции между ними составил 0,76. В среднем за этот период в верхнем течении
активность 3H превышала активность 90Sr в 11,2±1,2 раза.
В нижнем течении это соотношение несколько снижается
и составляет 9,3±1,6 раз. Однако необходимо учитывать,
что источники поступления этих радионуклидов различны:
по нашим расчетам около 72 % 90Sr поступает с фильтратом плотины П-11 и стоком правобережного обводного
канала (ПБК), около 66 % 3Н – со стоком левобережного
обводного канала (ЛБК). При изменении условий сброса
соотношение 90Sr и 3Н в речной воде может измениться.
Источником загрязнения 90Sr для ЛБК в первую очередь
является канал из озера Бердяниш, а затем – фильтрация
из В-11. Для ПБК – фильтрация из В-11 после точки равных
уровней. Основной источник загрязнения воды ЛБК 3Н повидимому фильтрация из водоемов В-4 и В-2. Активность
3Н в верхнем течении ПБК относительно невысока и со-
ответствует активности в озере Улагач. В нижней части
канала она увеличивается в ≈2,5 раза, очевидно, за счет
фильтрации из В-11.
Водоем В-10, несмотря на довольно высокие активности 90Sr и 3Н в воде, по-видимому, не вносит существенного вклада в радиоактивное загрязнение Течи. Основной
источник загрязнения реки 137Cs – фильтрат плотины В-11
и пойменная почва. Причем разбавление водой из реки
Зюзелги, по-видимому, компенсируется дополнительным
вымыванием 137Cs из болотной почвы. Важную роль в регулировании уровня загрязнения речной воды может играть
разбавление грунтовой водой Асановского болота. Сток
грунтовой воды с Асановского болота может быть сопоставимым со стоком ПБК и фильтрата плотины и обеспечивать одновременно разбавление и 90Sr из фильтрата и
ПБК, и 3Н из ЛБК. При этом грунтовая вода относительно
чистая. Анализ грунтовой воды из скважины у Асанова моста в целом подтверждает эти выводы: активность 90Sr в
воде – 0,19 Бк/л, 3H – 42 Бк/л.
Динамика изменения активности радионуклидов в воде
реки Теча по мере удаления от плотины П-11 не совпадает с динамикой изменения их активности в верхнем слое
донных отложений и пойменной почвы. Это подтверждает,
что в настоящее время радиоактивное загрязнение воды в
большей степени зависит от разбавления, чем от взаимодействия с донными отложениями и смыва с водосборной
территории.
В пойме реки Теча в наибольшей степени загрязнена
почва Асановских болот. Активность 137Cs здесь в настоящее время варьирует от 1,6 × 102 Бк/кг до 1,6 × 106 Бк/кг,
90
Sr – от 1,5 × 102 до 5,5 × 104 Бк/кг, 239,240Pu – от 286 Бк/кг до
2 388 Бк/кг. Корреляции уровня загрязнения от расстояния
от уреза воды не превышающего 200 м статистически не
значимы. В большинстве случаев 90Sr в донных отложениях и в постоянно увлажненных болотных и прибрежной
дерновой почвах мигрирует на большую глубину и аккумулируется в различных слоях. 137Cs и 239,240Pu в болотной
почве мигрировали до 100 см, но наибольшее их количество содержится в слое 20–40 см. В дерновой почве они
в основном остались в поверхностном слое. Эти различия
необходимо учитывать при оценке плотности загрязнения
территории и расчете общего запаса радионуклидов. В
целом можно отметить, что активность 90Sr в пробах почвы в десятки раз ниже, чем 137Cs, хотя в первоначальных
сбросах их количество было почти одинаково. Разнообразие профилей распределения радионуклидов в пойменной
почве связано со слоистым строением аллювиальных от-
Таблица 3. Содержание радионуклидов в воде каналов (выходной створ) и фильтрате плотины в 2010–2012 гг., Бк/л
90
Место отбора
2010 г.
Sr
2011 г.
3
2012 г.
2010 г.
Н
2011 г.
137
2012 г.
Cs
2012 г.
ЛБК
8,1
17,4
11,9–23,9
169
428
431–576
0,03
ПБК
81,8
58,5
41,6–105,3
255
178
153–256
0,045
Фильтрат П-11
66,6
Не опред.
48,8–65,4
589
Не опред.
523–524
0,28
Асанов мост
22,9-26,8
25,6–30,7
21,3–38,8
192–263
281–385
269–439
0,31
Муслюмово
18,3-25,0
10,8–22,7
11,9–48,7
108–183
141–370
148–470
0,27–0,62
240
Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека
ложений, русловым процессом, ускорением инфильтрации
воды в западинах и другими факторами. Однако это разнообразие в значительной степени осложняет оценку потенциальных источников вторичного загрязнения.
В надземной массе травянистой растительности, отобранной в пойме реки удельная активность 90Sr и 137Cs
сильно колебалась в зависимости от места отбора. В
наибольшей степени была загрязнена трава в верховьях
на расстоянии 3–5 м от берега: активность 137Cs в пробе
– 4 673 Бк/кг сухого веса, 90Sr – 1 380 Бк/кг. На расстоянии
150 м от берега – 1 649 Бк/кг 137Cs и 40 Бк/кг 90Sr. Ниже по
течению загрязнение травы 137Cs уменьшается быстрее,
чем загрязнение 90Sr. В среднем течении активность 137Cs в
пробе травы составила 98 Бк/кг, 90Sr – 671 Бк/кг. В нижнем
течении в 5 пробах травы отобранных на пастбище, на расстоянии 10–50 м от уреза воды активность 137Cs составила
11,3±8,7 Бк/кг, активность 90Sr – 132±45 Бк/кг. Таким образом, в прибрежной пойме в верхнем течении реки активность 137Cs и 90Sr в траве во много раз превышает контрольные уровни (КУ) для грубых кормов (соответственно 600
Бк/кг и 100 Бк/кг [1]). По всему течению реки в прибрежной
траве превышен КУ 90Sr.
В таблице 4 представлены средние значения активности 90Sr и 137Cs в тушках рыбы в реке Теча. Как видно из таблицы, загрязнение 137Cs рыбы выловленной в верховьях
в среднем на уровне ПДУ [5] или несколько превышает
его, загрязнение в среднем и нижнем течении ниже ПДУ.
Загрязнение 90Sr по всему течению реки в несколько раз
превышает ПДУ [5]. Принято считать, что в последующих
звеньях пищевых цепей, по сравнению с предшествующими, происходит накопление ксенобиотиков. Из таблицы 4
видно, что удельная активность 137Cs по цепи питания практически не изменяется, а активность 90Sr заметно уменьшается. Необходимо учитывать, что место в пищевой цепи
зависит не только от вида рыбы, но и от ее размера. Поскольку масса выловленных экземпляров сильно варьировала, место отобранных экземпляров каждого вида в
пищевой цепи можно оценить только ориентировочно. Тем
не менее, рассчитали средние значения отношений активности радионуклидов в предыдущем звене к активности в
последующем. Так отношение активностей 90Sr для пары
«плотва-щука» составило 2,6±2,1, для пары «окунь-щука»
– 1,5±0,5, для пары «плотва-окунь» – 1,6±0,8. Отношения
активностей 137Cs для этих пар составили, соответственно
0,86±0,38; 1,20±0,65; 0,75±0,57.
По мнению Крышева А.И. более высокие коэффициенты накопления 90Sr в нехищных видах рыб объясняются меньшим усвоением радионуклида хищными рыбами
из костных и покровных тканей рыб жертв, по сравнению
Таблица 4. Удельная активность радионуклидов в рыбе в
р. Теча, Бк/кг (сырой вес)
Место
отбора
Верхнее
течение
Среднее
течение
Нижнее
течение
Вид
Кол-во
проб
Плотва
21
1235±225
129±36
Окунь
25
726±83
170±34
Щука
13
466±60
166±35
Плотва
27
751±163
77±44
Окунь
20
588±112
79±21
Щука
15
449±55
74±11
Плотва
24
549±95
10,8±2,3
Окунь
16
284±40
21±13
Щука
7
162±64
14±6,7
90
Sr
137
Cs
с усвоением нехищными рыбами из планктонных, бентосных организмов и водных растений [2]. Однако, в 1978 г.
сотрудники УНПЦ РМ (в то время ФИБ-4) определяли содержание 90Sr в фарше 3 видов рыб из непроточного водоема В-11, где химический и радиохимический состав
относительно стабилен. Активность 90Sr в фарше чебака в
среднем составила 3,7 × 104 Бк/кг, окуня – также 3,7 × 104
Бк/кг, щуки – 4,4 × 104 Бк/кг. Закономерности миграции
радионуклидов по пищевым цепям гидробионтов требуют
дальнейшего изучения.
Заключение
Озера, находящиеся в ареалах ныне существующих
населенных пунктов в радиусе 30–40 км от ПО «Маяк» в
зонах активного водопользования загрязнены радионуклидами в большей степени, чем это обусловлено глобальными выпадениями, однако вода в них соответствует радиационно-гигиеническим нормативам. Рыба, выловленная в
озерах Иртяш, Куяш и Синара, не представляла опасности
для населения.
Вода реки Теча загрязнена 90Sr, 137Cs и 3Н, причем активность 90Sr в большинстве проб значительно превышает
уровень вмешательства. Основной источник загрязнения
речной воды – фильтрация из Теченского каскада водоемов. Прибрежная трава загрязнена 90Sr выше КУ по всему
течению реки, 137Cs – в верховьях реки. Речная рыба также
загрязнена 90Sr выше ПДУ по всему течению реки, 137Cs – в
верховьях реки.
В настоящее время наибольшую опасность для населения представляет радиоактивное загрязнение компонентов речной системы Течи.
Литература
1. Инструкция о радиологическом контроле качества кормов.
Контрольные уровни содержания радионуклидов цезия-134,
-137 и стронция-90 в кормах и кормовых добавках: Утв.
Глав. Гос. ветеринарным инспектором России В.М. Авиловым 1 декабря 1994 г. №13-7-2/216. / «Российские вести»,
№105, 08.06.1995.
2. Крышев А.И. Моделирование загрязнения рыб 90Sr в зависимости от концентрации кальция в воде. Радиационная
биология. Радиоэкология, 2008. – Т.48. – №3. – С.372–377.
3. Мокров Ю.Г. Реконструкция радиоактивного стока основных радионуклидов с водами р. Теча в период 1949–1954 гг.
// Бюллетень сибирской медицины, 2005. – №2. – С.110–116.
4. СанПиН 2.6.1.2523-09: Нормы радиационной безопасности
(НРБ-99/2009). – М., 2009.
5. Технический регламент Таможенного союза ТР ТС 021/2011
«О безопасности пищевой продукции». Утвержден Решением Комиссии Таможенного союза от 9 декабря 2011 г. №880.
241