Ландшафтно-геохимические условия миграции радионуклидов

Все возрастающее загрязнение территории России радиоактивными веществами (уран, торий, радий, стронций, цезий, рутений, церий, плутоний и др.) является одной из острейших экологических проблем.

Одни и те же радионуклиды в различных ландшафтах ведут себя по разному в соответствии с законами миграции и концентрации элементов.

Основные виды миграции радионуклидов:

1. выщелачивание радионуклидов из верхнего горизонта почв в результате физико-химических и механических процессов;
2. миграция их в растворенном состоянии в виде ионов и металлоорганических комплексов с растворенным органическим веществом;
3. ветровая эрозия — развеивание верхних горизонтов почв и снежного покрова, загрязненного радионуклидами;
4. плоскостной смыв — переотложение верхних горизонтов почв, загрязненных радионуклидами;
5. вертикальное перемещение загрязненного радионуклидами слоя почв при вспашке;
6. дефлюкция и солифлюкция — субгоризонтальная миграция загрязненных радионуклидами почв по поверхности мерзлого грунта.

Аккумуляция радионуклидов в ландшафтах происходит на геохимических барьерах — узких участках в ландшафте, где на коротком расстоянии в результате изменения условий миграции радионуклидов происходит резкое уменьшение ее интенсивности и, как следствие, — концентрация элементов.

Причины формирования геохимических барьеров различны: изменение окислительно-восстановительных (А — кислородные, В — сероводородные, С — глеевые барьеры) и щелочно-кислотных (Д — щелочные, Е — кислые барьеры) условий, изменение температуры и давления (Н — термодинамические барьеры), сорбция (С — сорбционные барьеры), испарение (Р — испарительные барьеры), скорости движения вод (механические барьеры), биогенная аккумуляция (биогеохимические барьеры). Один и тот же вид барьера может встречаться в разных ландшафтах; вместе с тем, в одном и том же ландшафте могут быть разные виды геохимических барьеров. Для каждого вида барьера характерна определенная ассоциация концентрирующихся химических элементов. Представленная таблица отражает все встречающиеся виды барьеров. Разные радионуклиды аккумулируются на разных геохимических барьерах. Например, концентрация урана происходит на сорбционных, восстановительных сероводородных и глеевых барьерах, стронция-90 — на сорбционных и щелочных барьерах, цезия-137 — на сорбционных барьерах.

Каждый вид геохимического ландшафта характеризуется формулой, которая определяется набором типоморфных элементов и комплексом геохимических барьеров.

Геохимические барьеры концентрируют радионуклиды. Для этого пригодны и искусственные геохимические барьеры, создаваемые из местных материалов, обладающих высокой сорбционной способностью или контрастными физико-химическими характеристиками по отношению к загрязняющему потоку (гумусовые горизонты почв, осадочные породы, отходы промышленности и др.)

Типология геохимических ландшафтов в совокупности со сведениями о свойствах радионуклидов позволяет сделать заключение об экологических условиях, об эволюции радионуклидного загрязнения, наметить пути локализации этого загрязнения на геохимических барьерах, рекомендовать материалы, из имеющихся в ландшафтах, пригодные для создания искусственных барьеров. Результаты исследований могут быть использованы и для решения экологических задач, связанных с деятельностью промышленных предприятий и с любой другой деятельностью общества, изменяющей окружающую среду.

ПОВЕДЕНИЕ РАДИОНУКЛИДОВ В РАЗЛИЧНЫХ ГЕОХИМИЧЕСКИХ ЛАНДШАФТАХ

I. Лесные ландшафты и агроландшафты на месте южной тайги и подтаежной зоны.

Миграция радионуклидов (Р): энергичная в почвах, поверхностных и грунтовых водах в растворенном состоянии и в составе дисперсных фракций. Многие Р мигрируют в комплексе с растворенным органическим веществом (РОВ). Для дезактивации загрязненных объектов перспективно использование вод, богатых РОВ.
Концентрация Р на геохимических барьерах (ГХБ) в краевой зоне болот, долинах рек. Сорбция Р глинистой фракции почв. Механическое накопление Р в нижних частях склонов. Материалы для создания искусственных ГХБ — торф и другие местные материалы.

II. Агроландшафты и лесные ландшафты лесостепей и зоны широколиственных лесов.

Миграция Р средней интенсивности при выщелачивании из горизонта А элювиальных почв; механическая, водная и воздушная миграция Р — почти повсеместная.
Концентрация Р в гумусовых горизонтах почв и на ГХБ СЗ и GЗ в долинах рек. Накопление Р в мелкоземе нижних частей склонов в результате плоскостного смыва. Материалы для создания искусственных ГХБ — местные.

III. Агроландшафты черноземных степей.

Миграция Р: слабое выщелачивание Р из элювиальных почв. При сплошной распаханности интенсивная миграция в результате развеивания и плоскостного смыва горизонта А черноземов.
Концентрация Р на ГХБ в мелкоземе в нижних частях склонов (СЗ,GЗ,G4) и на испарительных ГХБ в долинах рек, в засоленных почвах (FЗ и F4).

IV. Агроландшафты сухих степей и пустынь.

Миграция Р: очень слабое выщелачивание Р из элювиальных почв. Большая роль принадлежит ветру и процессам засоления.
Концентрация Р на ГХБ в мелкоземе нижних частей склонов и долинах рек. В концентрации Р важны процессы засоления.

V. Таежные ландшафты вне зоны многолетней мерзлоты.

Миграция Р: энергичное выщелачивание Р из горизонта А элювиальных почв, миграция в форме органических комплексов, механическая миграция — только в условиях расчлененного рельефа. Для дезактивации радионуклидного загрязнения возможно использование болотных, озерных и речных вод, богатых РОВ.
Концентрация Р в краевой зоне болот и долинах рек и сорбция Р глинистыми, гумусовыми и торфяными веществами почв. Материалы для создания искусственных ГХБ — торф и другие местные.

VI. Таежномерзлотные ландшафты.

Миграция Р: выщелачивание Р из горизонта А элювиальных почв. Важная роль принадлежит мерзлотным процессам. Механическое перемещение мелкозема, обогащенного радионуклидами, в результате дефлюкции и солифлюкции на склонах, криотурбации в вертикальном профиле почв. Миграция Р в форме органических комплексов с почвенными, грунтовыми и поверхностными водами. Для дезактивации перспективны болотные, озерные и частично речные воды, богатые РОВ.
Концентрация Р на ГХБ в краевой зоне болот в нижних частях склонов и в долинах рек в результате механической миграции и сорбция Р глинистыми, гумусовыми и торфяными веществами почв Материалы для создания искусственных ГХБ — торф и др. местные.

VII. Субарктические лугово-лесные и горно-луговые ландшафты.

Миграция Р: выщелачивание Р из горизонта А элювиальных почв. Миграция Р с РОВ. Для дезактивации Р используются воды, богатые РОВ.
Концентрация Р на ГХБ в краевой зоне болот и долинах рек и сорбция Р глинистыми, гумусовыми и торфяными веществами почв. Материалы для создания искусственных ГХБ — торф и др. местные.

VIII. Тундры, лесотундры и верховые болота вне зоны многолетней мерзлоты.

Миграция Р: слабое выщелачивание Р из элювиальных почв. Миграция Р в форме органических комплексов в болотных водах. Слабая механическая миграция. Для дезактивации объектов используются болотные воды.
Концентрация Р на геохимических барьерах в краевой зоне болот и долинах рек. Сорбция торфяными горизонтами почв. Материалы для создания искусственных ГХБ — торф и др. местные.

IX. Мерзлотные тундры, лесотундры и верховые болота.

Миграция Р: слабое выщелачивание Р из элювиальных почв. Миграция Р в форме органических комплексов с почвенными, грунтовыми и поверхностными водами. Механическое перемещение мелкозема с радионуклидами в результате дефлюкции и солифлюкции на склонах, криотурбации в вертикальном профиле почв. Для дезактивации перспективны болотные, озерные и частично речные воды, богатые РОВ.
Концентрация Р на ГХБ в краевой зоне болот, нижних частях склонов и долинах. Сорбция Р торфяным и глинистым веществом почв. Материалы для создания искусственных ГХБ — торф и др. местные.

X. Полярные пустыни и ледники.

Миграция Р: физико-химические процессы крайне ослаблены. В миграции Р важна роль механических процессов и сильных ветров. Концентрация Р в примитивных почвах, в глинистых грунтах и на поверхности ледников незначительна.

XI. Поймы и дельты рек.

Условия миграции Р в целом благоприятные с поверхностными, почвенными и грунтовыми водами в ионной органоминеральной и сорбированной мелкоземом формах. Накопление Р на разнообразных ГХБ, поступающих со склонов и с грунтовыми водами.