Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

СОДЕРЖАНИЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЕСТЕСТВЕННЫХ РАДИОНУКЛИДОВ В РАЗЛИЧНЫХ ТИПАХ ПОЧВЫ РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ

Бураева Е.А. 1 Малышевский В.С. 1 Вардуни Т.В. 1 Шиманская Е.И. 1 Триболина А.Н. 1 Гончаренко А.А. 1 Гончарова Л.Ю. 1 Тоцкая В.С. 1 Нефедов В.С. 1
1 ФГАОУ ВПО «Южный федеральный университет»
Проведено систематическое исследование содержания и вертикального распределения группы естественных (40K, 210Pb, 224Ra, 226Ra, 232Th, 234Th, 238U) радионуклидов в почвах ряда районов Ростовской области (Волгодонском, Азовском, Аксайском, Цимлянском, Зимовниковском, Дубовском и Родионово-Несветайском) в период 2000-2011 гг. Радионуклидный состав почв определяли инструментальным гамма-спектрометрическим методом с использованием стандартных методик отбора и подготовки почвенных проб к измерениям. Установлено, что в большинстве случаев общее содержание радионуклидов соответствует естественному уровню и характерно для почв региона исследования. Распределение естественных радионуклидов в почвах, в основном, равномерное. Максимальное содержание радионуклидов ряда урана зафиксировано в черноземах и каштановых почвах, минимальное – в аллювиальных почвах.
ЕСТЕСТВЕННЫЕ РАДИОНУКЛИДЫ
ПРОФИЛИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
почва
1. Бодров И.В., Бураева Е.А., Давыдов М.Г., Марескин С.А. Инструментальное определение урана и тория в природных объектах // Атомная энергия. 2004. Т. 96. В. 4. С. 271-276.
2. Геннадиев А.Н., Голосов В.Н., Чермянский С.С., Маркелов М.В., Ковач Р.Г., Беляев В.Р., Иванова Н.Н. Сравнительная оценка содержания в почвах магнитных сферул, 137Cs и 210Pb для целей индикации эрозионно-аккумулятивных процессов // Почвоведение. 2006. №. 10. С. 1218-1234.
3. Рачкова Н.Г., Шуктомова И.И., Таскаев А.И. Состояние в почвах естественных радионуклидов урана, радия и тория (обзор) // Почвоведение. 2010. № 6. С. 698-705.
4. Шиманская Е.И., Симонович Е.И. К вопросу о влиянии источников ионизированного излучения на содержание тиреотропных гормонов у жителей Ростовской области // Успехи современного естествознания. 2013. № 3. С. 130-131.
5. Alatise O.O., Babalola I.A., Olowofela J.A. Distribution of some natural gamma-emitting radionuclides in the soils of the coastal areas of Nigeria // J. Environ. Radioactivity. 2008. V. 99. № 11. Р. 1746-1749.
6. Al-Hamarneh I.F., Awadallah M.I. Soil radioactivity levels and radiation hazard assessment in the highlands of northern Jordan // Radiation Measurements. 2009. V. 44. № 1. Р. 102-110.
7. Doering C., Akber R., Heijnis H. Vertical distributions of 210Pb excess, 7Be and 137Cs in selected grass covered soil in Southeast Queensland, Australia // J. Environ. Radioactivity. 2006. V. 87. № 2. Р. 135-147.
8. Dowdall M., O’Dea J. 226Ra/238U disequilibrium in an upland organic soil exhibiting elevated natural radioactivity // J. Environ. Radioactivity. 2002. V. 59. № 1. Р. 91-104.
9. Strok M., Smodis B. Fractionation of natural radionuclides in soils from the vicinity of a former uranium mine Zirovski vrh, Slovenia // J. Environ. Radioactivity. 2010. V. 101. № 1. Р. 22-28.

Введение

Определение естественной радиоактивности территорий и почв населенных и природных районов необходимо для выявления зон с повышенным уровнем содержания радионуклидов, оценки поступления радиоактивных веществ в растения и грунтовые воды, а также для расчета поглощенной дозы облучения населения.

Изучению вертикального распределения естественных радионуклидов (ЕРН) в различных почвах посвящен ряд исследований [3-7 и др.]. Основное внимание уделяется формированию дозы излучения на поверхности почвы за счет ЕРН [5], оценке радионуклидных отношений для определения нарушения радиоактивного равновесия в зонах с повышенным естественным фоном [8], использованию некоторых ЕРН (например, 210Pb) в качестве одного из маркеров индикации эрозионно-аккумулятивных процессов [2] и для оценки радоноопасности территорий и объектов [4; 7].

Данная работа является продолжением комплекса исследований, проводимых в Южном федеральном университете по определению содержания ЕРН в почвах, породах, грунтах, воде и воздухе различных районов Северного Кавказа для оценки изменений в уровнях фона из-за различных природных геологических процессов или техногенных влияний на экосистемы, а также с целью создания карт территориального и временного распределения ЕРН данной местности.

Материалы и методы исследования

Ростовская область расположена в южной части Восточно-Европейской равнины и частично в Северо-Кавказском регионе, занимая речной бассейн Нижнего Дона. Максимальная высота над уровнем моря – 253 м. Участки контроля выбирались на целинных и залежных почвах природных и урбанизированных территорий, в том числе в 30-километровой зоне расположения Ростовской АЭС и вокруг Новочеркасской ГРЭС. Объектами исследований являлись основные типы почв Ростовской области: каштановые, черноземы обыкновенные карбонатные, луговато-каштановые и аллювиальные преимущественно тяжело- и легкосуглинистого гранулометрического состава. Было проанализировано более 1000 образцов почв и грунтов из 130 прикопок (глубина 45 см), отобранных в Волгодонском, Азовском, Аксайском, Цимлянском, Зимовниковском, Дубовском и Родионово-Несветайском районах Ростовской области в экспедициях 2000-2011 гг. Пробы почвы из каждой прикопки отбирались послойно по следующим глубинам: 0-1, 1-3, 3-5, 5-10, 10-15, 15-25, 25-35, 35-45 см.

Для оценки содержания удельной активности (Ауд) ЕРН в почвах использовалась радиометрическая низкофоновая установка РЭУС-II-15 (Россия) на основе коаксиального полупроводникового детектора из особо чистого германия (GeНР) с эффективностью 25% в диапазоне 13–1500 кэВ, отношением пик/комптон 51,7:1 (модель 7229N-7500sl-2520, Canberra Corporate Headquarters, Франция).

Удельную активность 226Ra определяли по продуктам распада 222Rn: 214Pb [по фотопикам 295,2 кэВ (18,9%) и 352,6 кэВ (36,3%)] и 214Bi [по фотопику 609,3 кэВ (45,5%)] в условиях их радиоактивного равновесия с 222Rn; для оценки содержания 226Ra результаты по трем фотопикам усредняли. 238U определяли следующим образом: по удельной активности 226Ra вычисляли его вклад в площадь фотопика 186,0 кэВ (3,25%), из полной площади фотопика 186 кэВ вычитали вклад 226Ra и оценивали часть площади фотопика 186 кэВ, соответствующей 235U. 210Pb определяли по фотопику 46,5 кэВ (4,05%).

232Th в природных объектах в основном находится в радиоактивном равновесии с радионуклидами его семейства 228Ac, 212Pb и 208Tl, по которым можно определять удельные активности как 232Th, так и 224Ra. Содержание 228Ac в почвах определяли по трем его фотопикам 338,3 кэВ (12,4%), 911,2 кэВ (27,7%) и 969,6 кэВ (17,3%). 212Pb – по фотопику 238,6 кэВ (44,6%), 208Tl – по фотопику 583,2 кэВ (84,6%). Удельную активность 40К определяли по фотопику 1460,8 кэВ (10,4%).

Методики отбора и подготовки проб почв применялись стандартные с использованием счетных геометрий Маринелли 1,0 л, Дента 0,02 л (диск Ø=63 мм, h=7 мм) и временем набора гамма-спектров не более 24 ч. Погрешность определения радионуклидов составляет 10-25%.

Результаты исследования и их обсуждение

Содержание 238U во всех изучаемых типах почвы Ростовской области варьирует в пределах от 1,8 до 240,3 Бк/кг при среднем содержании 46,2 Бк/кг (рис. 1а). Дочерние продукты распада 238U в почвах Ростовской области варьируются в следующих пределах: 234Th – 101,3-276,2 Бк/кг (среднее содержание 235,6 Бк/кг). Концентрация 226Ra в почвах составляет в среднем 28,2 Бк/кг (рис. 1б) и варьирует в пределах 12,3-92,6 Бк/кг. 210Pb – 173,8-341,6 Бк/кг, при средней удельной активности 238,4 Бк/кг.

В ряду тория – содержания естественных радионуклидов 232Th (рис. 1в) и 224Ra варьируют в пределах 19,6-68,4 Бк/кг и 18,9-67,2 Бк/кг соответственно (средние – 39,0 и 38,9 Бк/кг) и совпадают в пределах погрешности определения их удельных активностей (20%), что говорит о наличии радиоактивного равновесия в ряду 232Th–224Ra [коэффициент корреляции равен 0,85 при уровне значимости 0,05 (рис. 2.)].

 

а

б

в

г

Рис. 1. Диаграммы распределения удельной активности 238U (а), 226Ra (б), 232Th (в), 40К (г) в почвах Ростовской области

 

Рис. 2. Зависимость удельной активности 232Th от содержания 224Ra в почвах Ростовской области

 

Удельная активность 40К варьирует в пределах 200,4–961,8 Бк/кг, при среднем содержании 455,7 Бк/кг (рис. 1г).

В таблице 1 представлены средние содержания естественных радионуклидов в наиболее распространенных типах почвы Ростовской области.

Таблица 1

Средняя удельная активность естественных радионуклидов в различных типах почв Ростовской области

Тип почвы

Средняя удельная активность, Бк/кг

238U

234Th

226Ra

232Th

224Ra

40K

Каштановая солонцеватая тяжелосуглинистая на лессовидных суглинках (Зимовниковский район)

36,0

275,5

36,1

40,9

43,5

557,3

Каштановая солонцеватая тяжелосуглинистая на лессовидных суглинках (Дубовский район)

64,3

255,2

35,8

45,8

46,8

575,2

Каштановая солонцеватая тяжелосуглинистая на желто-бурых суглинках (Дубовский район)

42,5

209,6

37,4

43,7

45,6

550,2

Луговато-каштановая тяжелосуглинистая на лессовидных суглинках (Волгодонский район)

42,8

323,1

47,0

45,0

45,5

556,5

Аллювиально-луговая легкосуглинистая на аллювиальных погребенных отложениях (Цимлянский район)

34,5

255,4

24,4

24,7

25,0

381,5

Чернозем обыкновенный карбонатный тяжелосуглинистый на тяжелых суглинках (Азовский район)

178,3

256,4

52,1

32,6

33,1

542,6

 

Максимальные содержания 238U (160-240 Бк/кг) зафиксированы в черноземах обыкновенных карбонатных (Азовский район) и каштановых солонцеватых тяжелосуглинистых почвах (Дубовский район). В данных почвах также повышено содержание 226Ra по сравнению с другими типами почв региона исследования. Возможно, здесь играет роль минералогический состав, что является предметом дальнейших исследований. Минимальное содержание определяемых ЕРН (кроме 234Th) характерно для аллювиально-луговой легкосуглинистой почвы (Цимлянский район) (таблица 1), что можно объяснить более легким гранулометрическим составом и полугидроморфным типом почвообразования (т.е. создаются условия для водной миграции ЕРН).

Подобное распределение средних значений ЕРН по типам почвы (таблица 1) связано с физико-химическими свойствами почвы (гранулометрическим и минералогическим составом, реакцией почвенного раствора, содержанием гумуса и др.) и химическими свойствами самих радионуклидов [3]. Также все почвы [кроме аллювиально-луговой легкосуглинистой почвы на аллювиальных погребенных отложениях (Цимлянский район)] формируются при непромывном водном режиме, что тоже может оказывать влияние на закрепление радионуклидов в почвенных горизонтах.

Оцененное в данной работе содержание ЕРН в почвах Ростовской области сопоставимо с литературными данными по радионуклидному составу почв других регионов [5-7] и является фоновым для изучаемой территории [1].

Распределение удельной активности естественных радионуклидов по почвенному профилю различное (табл. 2, рис. 3, 4).

Таблица 2

Распределение естественных радионуклидов в аллювиально-луговой легкосуглинистой почве на аллювиальных погребенных отложениях (Цимлянский район)

Глубина отбора образца, см

Удельная активность, Бк/кг

238U

234Th

226Ra

210Pb

232Th

224Ra

40K

0-1

11,9

334,9

24,3

206,8

40,0

34,1

224,2

1-3

22,5

341,3

27,8

173,8

30,4

26,4

270,7

3-5

9,3

350,3

27,0

204,5

28,2

25,9

299,3

5-10

19,5

330,0

25,6

195,9

33,4

36,1

243,4

10-15

20,0

341,6

30,4

200,1

36,0

35,7

261,1

15-25

10,7

339,8

30,5

192,0

29,9

32,3

209,4

25-35

32,0

354,9

34,4

204,3

19,6

20,5

255,5

35-45

26,9

331,3

37,6

202,3

27,9

34,0

283,9

 

Рис. 3. Распределение естественных радионуклидов: КУ-1 – на луговато-каштановой тяжелосуглинистой почве на лессовидных суглинках; КУ-2 – на темно-каштановой солонцеватой тяжелосуглинистой почве на лессовидных суглинках; КУ-3 – на каштановой солонцеватой тяжелосуглинистой почве на лессовидных суглинках

Рис. 4. Распределение естественных радионуклидов: КУ-1 – на луговато-каштановой тяжелосуглинистой почве на лессовидных суглинках; КУ-2 – на темно-каштановой солонцеватой тяжелосуглинистой почве на лессовидных суглинках; КУ-3 – на каштановой солонцеватой тяжелосуглинистой почве на лессовидных суглинках

 

Естественные радионуклиды 232Th и 224Ra в почвенных профилях Ростовской области на КУ-2 и КУ-3 (рис. 3) в основном равномерно распределены по глубине. Поведение удельной активности 238U и его продуктов распада отличается достаточно резкими колебаниями (до трех раз) их содержания по профилю. Имеют место максимумы удельной активности 226Ra, 234Th, 210Pb в верхних горизонтах (рис. 3, 4). Значительные колебания удельной активности по глубине 40K имеют место только для КУ-1 (рис. 4).

Подобное распределение естественных радионуклидов в почвенных профилях связано с минералогическим и гранулометрическим составами изучаемых почв, содержанием гумуса и уровнем кислотности [9], а также с химическими свойствами самих радионуклидов и особенностями их сорбции в почвенных горизонтах.

Выводы

В целом в данной работе определен радионуклидный состав некоторых наиболее распространенных типов почвы Ростовской области. Содержания изученных ЕРН соответствуют естественным содержаниям данных радионуклидов в природных глинах и почвогрунтах данного региона. Оценены вертикальные профили распределения естественных радионуклидов земного происхождения. Распределение данных элементов по глубине, как правило, равномерное, отличается незначительными вариациями удельной активности и различно для разных типов почвы.

Для прогнозирования распределения радионуклидов по почвенному профилю необходимо рассматривать весь комплекс физико-химических характеристик в совокупности с данными о водном режиме почв и климатическими условиями региона.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований в рамках научного проекта № 13-08-0141313.

Рецензенты:

Демина Ольга Николаевна, д.б.н., доцент, директор Ботанического сада Южного федерального университета, г. Ростов-на-Дону.

Симонович Елена Ильинична, д.б.н., старший научный сотрудник лаборатории радиобиологии и экологической генетики НИИ биологии Южного федерального университета, г. Ростов-на-Дону.


Библиографическая ссылка

Бураева Е.А., Малышевский В.С., Вардуни Т.В., Шиманская Е.И., Триболина А.Н., Гончаренко А.А., Гончарова Л.Ю., Тоцкая В.С., Нефедов В.С. СОДЕРЖАНИЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЕСТЕСТВЕННЫХ РАДИОНУКЛИДОВ В РАЗЛИЧНЫХ ТИПАХ ПОЧВЫ РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 4.;
URL: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=9652 (дата обращения: 18.11.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074