VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Основными «движущими силами», которые приводят к миграции радионуклидов в почве, являются: конвективный перенос (фильтрация атмосферных осадков вглубь почвы, капиллярный поток влаги к поверхности почвы, который вызван испарениями, теплоперенос влаги под действием градиента температуры), диффузия свободных и адсорбированных ионов, перенос радионуклидов корневыми системами растений, перенос радионуклидов коллоидными частичками, роющая деятельность животных (дикие кабан, крот и т.д.) и хозяйственная деятельность человека.

Настоящая работа посвящена изучению динамики распределения искусственного радионуклида ¹³⁷Cs в почвах 30-ти-километровой зоны наблюдения Ростовской АЭС (РоАЭС). Исследования проводились на контрольных участках, расположенных на различном удалении от РоАЭС: КУ 12 – в трех километрах, КУ 75а, КУ 3, КУ 201 – 20 км. Участки отбора проб почвы степной территории представлены следующими типами почв: темно-каштановая солонцеватая тяжелосуглинистая на лессовидных суглинках (КУ 3), луговато-каштановая тяжелосуглинистая на лессовидных суглинках (КУ 12), каштановая солонцеватая тяжелосуглинистая на лессовидных суглинках (КУ 75а) и аллювиально-луговая легкосуглинистая почва на аллювиальных погребенных отложениях (КУ 201). Радионуклидный состав почвы определяли инструментальным гамма–спектрометрическим методом радионуклидного анализа и использованием сцинтилляционного гамма–спектрометра «Прогресс–гамма», набором счетных геометрий Маринелли 1л, Маринелли 0,5 л, Чашка Петри. Время набора гамма–спектров не превышало 24 часа, погрешность определения удельной активности радионуклидов – 25 %. Ниже представлены примеры распределения ¹³⁷Cs по глубине за разные годы на двух контрольных участках (КУ).

а)

б)

рис.2. Динамика распределения ¹³⁷Cs в почвах на КУ 12 (а) и КУ 3 (б)

Вертикальное распределение ¹³⁷Cs может определяться различными причинами: вымыванием мелкозема после засухи по трещинам во время летних ливней, различной степенью солонцеватости переходного горизонта, значительным развитием микрорельефа, обеспечивающим перераспределение выпавших осадков и др. Поэтому, полученные впервые, профили вертикального распределения ¹³⁷Cs в почвах сухой степи в условиях непромывного водного режима представляют большой интерес. Такие профили, скорее всего, сформированы в результате особых механизмов переноса ¹³⁷Cs по почвенному профилю, специфичных для сухого климата и существенного влияния влаги через процессы инфильтрации и кольматажа. В любом случае скорость переноса ¹³⁷Cs увеличивается, особенно резко при кольматаже – после длительного сухого периода почва механически разрушается и при коротких обильных последующих осадках ¹³⁷Cs может быстро проникнуть на значительную глубину. При этом может быть преодолен и естественный барьер для ¹³⁷Cs – солонцеватый горизонт при 15-20см. В обычных условиях из-за незначительной плотности и низкой водонепроницаемости при наличии ионов Na в этом горизонте имеет место ускоренная сорбция ¹³⁷Cs. Наличие максимума удельной активности цезия на этих глубинах может быть связано с солонцеватостью.

В сухом климате влияние влаги (атмосферной или грунтовой) может проявиться в виде транспирации – переноса ¹³⁷Cs к поверхности с влагой, испаряющейся с поверхности почвы. Для рассматриваемого района характерно и наличие смытых почв. В результате транспирации и смыва профили ¹³⁷Cs сглаживаются и теряют вид, характерный для чисто диффузионного типа миграции. Описанные выше процессы могут качественно объяснить характер (структуру) измеренных профилей распределения ¹³⁷Cs в почвах рассматриваемой зоны. Количественное описание по одной из известных моделей возможно, вероятно, только для профилей диффузионного типа (с максимумом ¹³⁷Cs в слое почвы 0-1 см и снижением его удельной активности с глубиной) с более или менее ярко выраженным диффузионным характером.

Описанный механизм влияния (конвективный перенос с влагой) на формирование профилей ¹³⁷Cs возможно проявляется на КУ 12 (рис. 1а) для влажной лугово-каштановой тяжелосуглинистой почвы с близким залеганием грунтовых вод. В этом случае содержание ¹³⁷Cs в верхних слоях низкое (~5Бк/кг), первый максимум при 1-3см выражен очень слабо, а второй при5-15см – широкий. На наличие конвективного переноса ¹³⁷Cs с влагой указывает косвенно и размытая структура почвенного профиля (генетические горизонты разделены нечетко), профиль имеет явно промывной характер. Кроме того, агрохимические свойства почв этого участка (гумус, Р, рН) обуславливают относительно низкое поглощение ¹³⁷Cs у поверхности. В целом, миграция радионуклидов в почве происходит благодаря совокупности разных процессов, которые приводят к перемещению радионуклидов в почве или к перераспределению разных форм и состояний радионуклидов, что приводит к перераспределению нуклидов вглубь почвенного покрова.