X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Радионуклиды представляют собой уникальную альтернативу подходам, основанным на модели сборки пространственно-распределенной информации о перераспределении грунта и перераспределения осадков в ландшафте в разные временные рамки без необходимости дорогостоящего долгосрочного мониторинга, поскольку существует критический спрос на надежные показатели деградации почв и переноса осадков. Деградация земель и особенно эрозия почв связаны с безвозвратной потерей основного почвенного ресурса и оказывают серьезное воздействие на сохранение и качество воды [1].

Изотопы плутония являются антропогенными радионуклидами, которые присутствуют в окружающей среде в глобальном масштабе.²³⁹Pu и ²⁴⁰Pu, которые содержатся в нелетучей фракции ядерного топлива, выброшенного из реакторных аварий [2]. Осадки ^239-240Pu происходят из испытаний термоядерного оружия, которое происходило с середины 1950-х гг. до начала 1960-х гг., или от аварий на АЭС.

Для преобразования запасов ^239-240Pu в количественные оценки коэффициентов перераспределения почв требуется конкретная модель конверсии. Такие модели сравнивают общую активность радионуклидов на единицу площади на данном участке отбора проб с невозмущенным эталонным участком, где процессы перераспределения почвы не происходили с момента основного осаждения. Плутоний предпочтительно адсорбируется органическим веществом, и особенно гуминовыми кислотами, и поэтому сохраняется вблизи поверхности. Профиль глубины этого изотопа будет представлять собой совокупность эффектов диффузии и миграции, биотурбации (если таковые имеются) и других физических процессов, которые перемещают почвенные зерна вниз по профилю или приводят к процессам эрозии или осаждения, когда другие радионуклиды, например уран или цезий, поглощаются растениями в несколько больших количествах, а затем будут возвращены обратно к поверхности земли в опавших листьях, коре и ветках, тем самым повышая экспоненциальную форму распределения глубины в почвах.

Было обнаружено, что суглинок, богатый органическими веществами, понижает степень окисления Pu (VI) до Pu (IV), который впоследствии сильно поглощается почвой. Однако дальнейшее восстановление Pu (IV) до Pu (III) будет происходить в аэробных условиях, только если рН ниже 3. Таким образом, органическое вещество может потенциально снизить значения степени окисления плутония. Для оценки перераспределения грунта важно не только абсолютное удержание изотопов ^239-240Pu в профиле почвы, но и форма профиля глубины запасов, которая определяется миграцией вниз. В отличие от других радионуклидов, которые имеют довольно экспоненциальное распределение глубины (например, урана или цезия), концентрации распределения глубины и/или запасов ^239-240Pu на невозмущенных участках могут следовать скорее полиномиально, чем экспоненциально. Последнее может быть объяснено нисходящей миграцией плутония Pu в течение последних 50-60 лет с момента крупных выпадения. Вторым объяснением может быть очень низкая биодоступность изотопов плутония Pu для растений, так как практически не поглощается ими.

Благодаря длительному периоду полураспада (T_239Pu=24065 лет, T_240Pu=6537 лет) и почти уникальному источнику выпадения ^239-240Pu обладает большим потенциалом для отслеживания перераспределения грунта в течение длительного периода времени. Чтобы исследовать разную подвижность, используются атомные отношения и отношения активности для определения происхождения выпадений ¹³⁷Cs и ^239-240Pu, а также для указания их различной восприимчивости к вертикальной миграции в профиле почвы и к транспортировке во время процессов водной эрозии.

Для проведения более точных измерений необходимы дополнительные исследования относительно предпочтительной адсорбции мелкодисперсных частиц плутония ^239-240Pu, а также предпочтительной транспортировки этих мелких частиц. Для использования изотопов плутония ^239-240Pu в качестве строгого инструмента для количественной оценки процессов перераспределения грунта, для уточнения оценок перераспределения грунта из ^{239- 240}Pu инвентаризаций потребуется дополнительная доработка и продвижение моделей конверсии.

Недавние достижения в исследованиях эрозии почв предполагают, что изотопы плутония ^239-240Pu будут принадлежать следующему поколению трассировщиков. В течение длительного периода времени использование изотопов плутония ^239-240Pu имеет все необходимые предпосылки и преимущества, чтобы стать одним из следующих антропогенных радиолокаторов почвы, имеющих важное значение для исследования и значительного улучшения имеющихся сведений об устойчивости агроэкосистем [3].

Список литературы

[1] Meusburger K. Excess Lead-210 and Plutonium-239+240: Two suitable radiogenic soil erosion tracers for mountain grassland sites / K.Meusburger, P. Porto, L. Mabit, C. La Spada, L. Arata, C. Alewella // Environmental Research. – 2018 – Vol.160, Issue 2. − Elsevier B. V., – 2014

[2] Arata L. Modelling Deposition and Erosion rates with RadioNuclides (MODERN) – Part 2: A comparison of different models to convert 239+240Pu inventories into soil redistribution rates at unploughed sites / L. Arata, C. Alewella, E. Frenkel, A. A’Campo-Neuen, A-R. Iurian, M. E. Ketterer, L. Mabitg, K. Meusburger // Journal of Environmental Radioactivity. – 2014. – Vol. 162–163, Issue 2. − Elsevier B. V., – 2014

[3] Alewell C. ^{239 + 240}Pu from “contaminant” to soil erosion tracer: Where do we stand? / C. Alewella, A. Pitois, K. Meusburger, M. Ketterer, L. Mabit // Earth-Science Reviews – 2017 – Vol.172, Issue 2. − Elsevier B. V., 2014

Код для цитирования: Скопировать