Міграція та розподіл радіонуклідів в екосистемах зони відчуження

Схема трофічного ланцюгаПід терміном «міграція» розуміють рух елементів в компонентах навколишнього середовища. Справа в тому, що в природі всі елементи, особливо якщо це елементи, які утворюють поверхневий шар ґрунтового покриву Землі, перебувають у русі. Щоправда інтенсивність руху в кожного з цих елементів різна. Наприклад, елементи, які забезпечують розвиток рослин інтенсивно вилучаються на певний час з ґрунту, а з відмиранням рослини знову надходять до нього. Так утворюється мале коло обігу («круговорот» – російською) елементів в природі.
Існує ще міграція елементів (їх хімічних сполук), яка відбувається в межах ґрунтового горизонту, профілю або в межах цілого ландшафту.
За сутністю механізмів, які спричинюють міграцію елементів в навколишньому середовищі, міграція радіонуклідів нічим не відрізняється від міграції інших елементів. В більшості відмінності обумовлені фізико-хімічними властивостями кожного радіонукліду.
За походженням міграцію радіонуклідів поділяють на декілька типів: природну та техногенну (іноді її називають антропогенною). Під природною міграцією радіонуклідів розуміють міграцію елементів, яка викликана (спричинена) природними чинниками – повені та розливи рік, приливи та відливи морів, озер та океанів, сезонна міграція птахів, риб та тварин, пожежі, дощі, буревії та ін. Під техногенною міграцією розуміють рух елементів спричинений діяльністю людини – ядерні вибухи, аварії на ядерних енергетичних установках, підприємствах по добуванню та переробці урану, кам’яного вугілля, руди, та ін).


Міграція радіонуклідів розрізняється ще й за напрямком руху. Так виділяють вертикальну міграцію радіонуклідів (виверження вулканів, дощі, снігопади, переорювання ґрунту, вирощування лісу та ін.), горизонтальну міграцію (розливи річок, перенесення вітром, міграція птахів та ін.). Також існує змішаний тип міграції радіонуклідів (ядерні вибухи, великі пожежі, видобування та переробка нафти, виробництво та внесення мінеральних добрив та ін.).
Забруднення радіонуклідами наземних та водних екосистем обумовлює залучення цих елементів до трофічних (харчових) ланцюгів. Харчові ланцюги це ряд послідовних етапів по яким відбувається трансформація речовини та енергії в екосистемі. Всі живі організми пов’язані між собою, оскільки вони є об’єктами харчування один одного. При забрудненні радіоактивними речовинами одного з ланцюгів відбувається міграція та послідовне накопичення нуклідів в інших елементах трофічного ланцюга. На малюнку, що поданий праворуч, представлена узагальнена схема трофічних ланцюгів міграції радіонуклідів в водних екосистемах.

Як відбувається міграція радіонуклідів у ґрунті?

Міграція радіонуклідів у ґрунті відбувається завдяки сукупності різних процесів, які призводять до переміщення радіонуклідів в ґрунті або до перерозподілу різних форм та станів радіонуклідів, що також викликає перерозподіл нуклідів по глибині ґрунтового профілю.
Основними «рушійними силами», які призводять до міграції радіонуклідів у ґрунті є: конвективне перенесення (фільтрація атмосферних опадів вглиб ґрунту, капілярний потік вологи до поверхні ґрунту, який викликаний випаровуванням, термоперенесення вологи під дією градієнта температури), дифузія вільних та адсорбованих іонів, перенесення радіонуклідів кореневими системами рослин, перенесення радіонуклідів колоїдними частками (лессиваж), риюча діяльність тварин та господарська діяльність людини.
Перераховані фактори не є рівнозначними оскільки інтенсивність та тривалість їх дії різні та залежать від конкретних умов.
Найбільш вагомими факторами, що впливають на інтенсивність міграції радіонуклідів в грунтах (які не обробляються людиною) є конвективне перенесення та дифузія. Кореневе перенесення радіонуклідів залежить значною мірою від глибини кореневмісного шару та густоти коріння. Крім того коренева міграція значною мірою залежить від фізико-хімічних форм радіонуклідів.
Дощові черв’яки та інша ґрунтова фауна також сприяють міграції радіонуклідів у грунті, як завдяки механічним, так і біологічними шляхам, перемішуючи ґрунт та/або включаючи радіонукліди в тканини свого організму.
Потрібно зазначити, що на даний час (20 років після аварії на ЧАЕС) основний запас радіонуклідів знаходиться в 10 см шарі ґрунту. На малюнку, що подано нижче, представлено дані щодо розподілу 137Cs по ґрунтовому профілю.

Діаграма розподілу 137Cs по ґрунтовому профілю дерново-підзолистих грунтів Чорнобильської зони відчуження (найбільш поширений тип грунтів) Будова вертикального профілю типових грунтів зони відчуження

Міграція радіонуклідів у ґрунтах вкритих лісом має свою специфіку, яка полягає в тому, що в лісі існує лісові підстилка. Цей компонент є потужним буфером на шляху розповсюдження радіонуклідів.
Дослідження, які проводяться вже більше 20-ти років, засвідчують велику здатність лісової підстилки до акумуляції та утримання радіонуклідів. Тривале утримання радіонуклідів лісовою підстилкою пояснюється наявністю декількох шарів підстилки, які досить повільно розкладаються. Термін розкладу лісової підстилки може становити багато років, що сприяє тривалій (5-10 років) ізоляції радіонуклідів від мінеральної частини ґрунту.
В залежності від режимів зволоження ґрунту, в яких формується та виростає ліс, формується різна товщина лісової підстилки. Як засвідчують дослідження, товщина шару підстилки, а також природа органічної речовини є основним фактором, який впливає на вертикальну міграцію радіонуклідів.

Як відбувається міграція радіонуклідів з ґрунту в рослини?

Міграція радіонуклідів з ґрунту в рослини залежить також від комплексу факторів. Основними факторами, які визначають рівні накопичення радіонуклідів в рослинах є: фізико-хімічні форми радіонуклідів, агрохімічні властивості ґрунту, біологічні особливості рослин, агротехніка вирощування культур.
Для визначення надходження радіонуклідів із ґрунту в рослини використовують такі показники як: коефіцієнт біологічного поглинання, коефіцієнт переходу та коефіцієнт пропорційності. Перелічені показники застосовують здебільшого в радіоекології – ними зручно порівнювати рівні накопичення радіонуклідів для різних видів рослин, тварин та ін.
Так, наприклад, порівнюючи показники надходження радіонуклідів з ґрунту в рослини було встановлено, що в залежності від рівня зволоження величини переходу 137Cs в рослинність змінюється в 600 разів. Такі значні відмінності були відмічені на різних типах ґрунтів – дерново-підзолистих та торф’янистих.

Літературні джерела:

 

  1. 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.
  2. 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
  3. 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
  4. 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
  5. 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
  6. 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
  7. 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
  8. 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
  9. Козлов В. Ф. Справочник по радиационной безопасности. – Москва: Энергоатомиздат, 1987.
  10. Бударков В.А., Киршин В.А., Антоненко А.Е. Радиобиологический справочник. – Мн.: Ураджай, 1992. – 336 с.: ил.
  •