Наука: Миграция радионуклидов

Под термином «миграция» понимают движение химических элементов в компонентах окружающей среды. Дело в том, что в природе все элементы, особенно если это элементы, которые образовывают верхний слой почвенного покрова Земли, находятся в движении. Необходимо отметит, что интенсивность движения каждого из этих элементов разная. Например, элементы, которые обеспечивают развитие растений интенсивно извлекаются из почвы и с отмиранием растений опять поступают в почву. Так образуется малый круговорот веществ (элементов) в природе
Существует разные уровни организации миграции веществ (их химических соединений), которые происходят как в пределах почвенно-растительного покрова, так и в пределах целого ландшафта.
По своей сути, механизмы обеспечивающие миграцию радиоактивных веществ в окружающей среде, ни чем не отличаются от механизмов миграции других элементов. В большинстве отличия обусловлены физико-химическими свойствами каждого радионуклида.
По происхождению миграцию радионуклидов разделяют на несколько типов: природную и техногенную (иногда ее называют антропогенной). По природной миграцией радионуклидов понимают миграцию, вызванную природными явлениями – разливы рек и паводки, пожары, дожди, ураганы и т.д. Под техногенной миграцией понимают движение элементов, обусловленное деятельностью человека – ядерные взрывы, аварии на ядерных энергетических установках, предприятиях по добыче и переработке урана, каменного угля, руды и т.д.)
Существуют отличия в направлении движения радионуклидов в окружающей среде. Выделяют вертикальную миграцию радионуклидов (извержение вулканов, дожди, вспашка почвы, выращивание леса и т.д.), а также горизонтальную миграцию (разливы рек, перенос радиоактивной пыли и аэрозолей ветром, миграция живых организмов и т.д.). Существует смешанный тип миграции радионуклидов (ядерные взрывы, большие пожары, добыча и переработка нефти, производство и внесение минеральных удобрений и т.д.).
Загрязнение радионуклидами наземных и водных экосистем приводит к вовлечению этих элементов в трофические (пищевые) цепочки. Пищевые цепочки представляют собой ряд последовательных этапов по которым осуществляется трансформирование вещества и энергии в экосистеме. Все живые организмы связаны между собой, поскольку они являются объектами питания. При загрязнении одной из цепей радиоактивными веществами осуществляется миграция и последовательное накопление нуклидов в других элементах трофической цепи. На рисунку, который представлен на этой странице, представлена схема трофических цепей миграции радионуклидов в водных экосистемах.

Как осуществляется миграция радионуклидов в почве?

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 в глубь почвенного покрова.
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 (лессиваж), роющая деятельность животных (дикие кабан, крот и т.д.) и хозяйственная деятельность человека.
Указанные факторы не являются равнозначными, поскольку интенсивность и длительность их действия разные и зависят от конкретных условий.
Наиболее значимыми факторами, влияющими на интенсивность миграции радионуклидов в почвах (не обрабатываемых человеком) являются конвективный перенос и диффузия. Корневой перенос радионуклидов в значительной степени зависит от глубины корневого слоя и густоты корневых систем. Кроме того, корневая миграция в значительной степени зависит от физико-химических форм радионуклидов.
Дождевые черви и другая почвенная фауна также способствуют миграции радионуклидов в почвах, как благодаря механическим, так и биологическим путям, перемешивая почву и\или вовлекая радионуклиды в ткани своего организма.
Необходимо отметить, что на сегодняшнее время (20 лет после аварии на ЧАЭC) основной запас (содержание) радионуклидов размещается в 10 см слое почвы. На рисунке, представленном ниже можно увидеть данные по распределению 137Cs по профилю почв Чернобыльской зоны отчуждения.
 
Диаграмма распределения 137Cs в почвенном профиле дерново-подзолистых почв Чернобыльской зоны отчуждения (наиболее распространенный тип почв)  Структура вертикального профиля типичных почв зоны отчуждения 

Миграция радионуклидов в почвах покрытых лесом имеет свою специфику, которая обуславливается наличием лесной подстилки. Этот компонент является мощным буфером на пути миграции радионуклидов в глубь почвы.
Исследования, которые проводятся в Чернобыльской зоне уже на протяжении 20-ти лет, свидетельствую о хорошей способности подстилки аккумулировать и удерживать радионуклиды. Длительное удержание радионуклидов в лесной подстилке объясняется наличием нескольких, медленно разлагающихся, слоев. Процесс разложения каждого слоя подстилки имеет свою длительность, что обеспечивает длительную (5-10 лет) изоляцию радионуклидов от минеральной части почвы.
В зависимости от режима увлажнения почвы, на которых формируются лесные экосистемы, формируется разная толщина лесной подстилки. Как свидетельствуют исследования, толщина подстилки, а также природа органического вещества является основным фактором, который влияет на вертикальную миграцию радионуклидов.

Как осуществляется миграция радионуклидов из почв в растения?

Миграция (накопление) радионуклидов из почвы в растения зависит от комплекса факторов. Основными факторами определяющими уровни накопления радионуклидов в растениях является: физико-химические формы радионуклидов, агрохимические свойства почв, биологические особенности растений, агротехника выращивания культур.
Для определения поступления радионуклидов из почвы в растения используют следующие показатели: коэффициент биологического поглощения, коэффициент перехода и коэффициент пропорциональности. Данные показатели используются в радиоэкологии – с помощью этих показателей сравнивают и характеризуют уровни накопления радионуклидов для разных видов растений, животных и т.д.
Например, для сравнивая величины поступления радионуклидов с почвы в растения было установлено, что в зависимости от уровня увлажнения величины перехода 137Cs в растительность изменяется в 600 раз. Значительные отличия в накоплении были отмечены для разных типов почв Чернобыльской зоны отчуждения – дерново-подзолистых и торфянистых.

Литературные источники:

 Пастернак П. С., Подкур П. П., Кучма Н. Д. Роль леса в предотвращении миграции радионуклидов с загрязненных территорий // Биологические и радиоэкологические аспекты последствий аварии на Чернобыьской АЭС. — Москва: 1990.
 Щеглов А. И., Цветнова О. Б., Тихомиров Ф. А., Кучма Н. Д. К вопросу о роли высших грибов в биогеохимической миграции 137Cs в лесных экосистемах // Чернобыль-94. IV Международная научно-техническая конференция «Итоги 8 лет работ по ликвидации последствий аварии на ЧАЭС». Сборник докладов. Под ред. Архипова Н. П. — Чернобыль: 1996
 Архипов А.Н., Озорнов А.Г., Паскевич С.А. Биологическая доступность Cs-137 и Sr-90 в почвах 30-км зоны ЧАЭС. В сб.: «Чернобыль-94″ Доклады IV международной научно-технической конференции «Итоги 8 лет работ по ликвидации последствий аварии на ЧАЭС. – Чернобыль 1996 т.1, с.337-349
 Архипов Н.П., Архипов А.Н., Паскевич С.А. Поведение Cs-137 в системе почва-растение луговых биоценозов зоны отчуждения Проблеми екологiчної зпеки та керованого контролю динамічних природно-техногенних систем г.Львов, 24 — 26.09.96. . 1996
 Архипов А.Н., Озорнов А.Г., Пилипчук Т.В, Паскевич С.А. Поступление Cs-137 и Sr-90 в растения в зависимости от форм выпавших радионуклидов и их поведения в луговых ценозах III Съезд по радиационным исследованиям, Россия, г.Москва, 15-17 10.97 1997
 Архипов Н.П., Архипов А.Н., Городецкий Д.В., Паскевич С.А., Логинова Л.С. Снижение накопления Cs-137 растениями при вненсении в почву минеральных сорбентов в условиях конденсационно-топливного радиоактивного загрязнения III Съезд по радиационным исследованиям, Россия, г.Москва, 15-17 10.97 1997
 Пилипчук Т.В., Архипов А.Н., Иванова В.Э., Паскевич С.А. Изучение миграции радинуклидов Cs-137 и Sr-90 в звене цепочки почва-растение — пчелопродукция III Съезд по радиационным исследованиям, Россия, г.Москва, 15-17 10.97 1997
 Архипов Н.П., Архипов А.Н., Городецкий Д.В., Паскевич С.А., Розробка стратегії реабілїтації радіаційно забруднених земель південного сектора зони відчуждення Научно-практическая конференция «Наука-Чорнобиль-96″, Киев, 11-12.02.97. 1997
 Козлов В. Ф. Справочник по радиационной безопасности. – Москва: Энергоатомиздат, 1987.
 Бударков В.А., Киршин В.А., Антоненко А.Е. Радиобиологический справочник. — Мн.: Ураджай, 1992. — 336 с.: ил. 

  •