Особенности почвенной химии некоторых экологически значимых естественных и искусственных радионуклидов

X Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Особенности почвенной химии некоторых экологически значимых естественных и искусственных радионуклидов

Молодцова А.А. 1
1МБОУ "Пришненская средняя школа № 27" Щекинского района
Ихер Т.П. 1
1МБОУ "Пришненская средняя школа № 27" Щекинского района
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Сельскохозяйственная радиоэкология – это наука, изучающая закономерности миграции по биологическим цепочкам в агропромышленной сфере и действия ионизирующих излучений как одного из ведущих экологических факторов в современной биосфере на сельскохозяйственные растения и животных, а также агроценозы [1 - 3]. В прикладном плане эта наука разрабатывает способы изменения (как правило, ограничения) вовлечение радионуклидов в биологический круговорот, снижения содержания радиоактивных веществ в растениях и животных, а также в продукции растениеводства и животноводства и, в конечном счете, обосновывает систему ведения агропромышленного производства, обеспечивающую минимальное радиационное воздействие на человека, а в некоторых случаях и растения и животных. Сельскохозяйственная радиоэкология обосновывает принципы функционирования АПК на территориях с повышенным содержанием радиоактивных веществ (в том числе на сельскохозяйственных угодьях, подвергшихся радиоактивному загрязнению после радиационных аварий).

Цель данной реферативно-исследовательской работы – провести анализ естественных и искусственных радионуклидов, имеющих важное эколого-биологическое значение для здоровья среды и человека в современном мире.

Источники радиоактивного облучения

Важное значение исследований в области сельскохозяйственной радиоэкологии стало особенно очевидным в период, когда началось активное освоение атомной энергии в различных отраслях народного хозяйства, в первую очередь, когда стала развиваться ядерная энерге­тика.

Как известно, следствием использования атомной энергии яви­лись рассеяние искусственных радионуклидов в биосфере, в том числе и в сфере агропромышленного производства, и ускорение темпов пере­движения естественных радионуклидов с последующим включением их вцепи миграции в системе «радиоактивные выпадения – почва – сельскохозяйственные растения – сельскохозяйственные животные».

Облучение человека от радионуклидов техногенного происхожде­ния, поступивших в среду его обитания, складывается из четырех источников [3]:

1) внешнего облучения от осевших на земную поверхность (почвенно-растительный покров) радионуклидов;

2) ин­галяции радионуклидов, находящихся в зоне дыхания человека;

3) погружения человека в облако, содержащее радиоактивные аэрозоли (если имеет место выброс радиоактивных веществ в атмосферу);

4) облучения от радионуклидов, поступивших в организм человека с продуктами питания и водой.

Как показывает анализ различных ра­диологических ситуаций [2 - 4; 7], последний из четырех источников облучения в большинстве случаев играет ведущую, а иногда и решающую роль в формировании лучевой нагрузки на человека. Доминирующее значе­ние пищевого пути поступления радионуклидов как фактора дополни­тельного (сверхфонового) облучения человека среди всех других ис­точников воздействия ионизирующих излучений на человека в усло­виях повышения радиационного фона Земли и предопределило исключительное внимание к проблемам сельскохозяйственной радиоэкологии.

2. Естественные радионуклиды

С радиоэкологической точки зрения, все радионуклиды целесообразно разделить на естественные (присутствие которых на Земле не связано с деятельностью человека) и искусственные, или техногенные. Это деление условно, так как образующиеся в естественных (природных) условиях легкие радионуклиды могут быть получены и искусственным путем. Например, тритий, может образовываться как в естественной среде (в результате ядерной реакций химических элементов с космическим излучением), так и реакциях с искусственно вызванным делением или синтезе: Другой важный искусственный радионуклид – 90Sr может образовываться в окружающей среде при спонтанном делении 238U. В связи этим искусственные радионуклиды иногда называют более точно нуклидами антропогенного (техногенного) происхождения.

В биосфере Земли содержится более 80 естественных радионуклидов, которые можно разделить на две категории: первичные и космогенные [3].

Первичные подразделены на две группы. Первая группа включает 43 радионуклида трех семейств (рядов) радиоактивных элементов с периодами полураспада от 3·10-7 с (212Ро) до 1,4·1010 лет (232 Т). Радионуклиды этой группы называют также тяжелыми естественными радионуклидами. Следует отметить, что в природе существовало четвертое радиоактивное семейство - ряд 237Nр (Т1/2 = 1,214·106 лет), все члены которого в естественных условиях распались, в настоящее время они получены искусственным путем. Вторая группа первичных радионуклидов состоит из 24 долгоживущих (с периодом полураспада от 1,3·109 до 1,4·1021 лет) радиоактивных изотопах таких химических элементов, как К, Са, RЬ, Sn и др. (табл. 1) [3].

Таблица 1

Природные радионуклиды нерадиоактивных и радиоактивных

химических элементов

Радионук-лиды

Содержание

радионуклида

в естественном элементе, %

Т1/2,

годы

Тип распада

Радионук-лиды

Содержание

радионуклида

в естественном элементе, %

Т1/2 ,

годы

Тип

распада

40К

0,118

1,28·109

 

138La

0,089

1,12·1011

э.з.,

48Са

0,185

1,1·1018

 

138Се

11,07

5·1016

 

50V

0,24

6·1015

э.з*.

138Nd

23,87

2,4·1015

 

87Rb

27,85

5·1010

 

138Nd

5,60

1016

 

96Zr

0,80

3,6·1017

 

147Cm

15,07

1,05·1011

 

113Сd

12,26

1,3·1015

 

176Lu

2,60

3·1010

 

113In

4,23

стабильн.

 

180Та

0,0123

1016

э.з.,

115In

95,77

6·1014

 

180W

0,135

1,1·1015

 

124Sn

5,98

2·1017

-

187Re

62,93

4·1010

 

123Sb

42,75

1,3·1016

-

190Pt

0,0127

6·1011

 

123Te

0,87

1,2·1013

э.з

192Pt

0,78

=1015

 

130Te

34,49

8·1020

 

209Вi

100

2·1018

 

*э.з. – электронный захват

Естественные радионуклиды целесообразно разделить на легкие и тяжелые. В группу тяжелых естественных радионуклидов специально выделены ввиду их большой радиотоксической значимости нуклиды радиоактивных семейств – 235U, 238U 232Тh. Все остальные естественные радионуклиды отнесены к легким [1]. Космогенные радионуклиды образуются в основном в атмосфере в результате взаимодействия космического излучения (нейтронов, протонов и др. ) с ядрами атомов О, N, Аг, а затем поступают на земную поверхность атмосферными осадками. Эта группа представлена 20 радионуклидами (табл. 2) с периодами полураспада от 37,3 мин. (38С1) до 7,4·105 лет (26А1).

Таблица 2

Характеристика естественных радионуклидов, индуцированных

космическим излучением

Радионуклиды

Скорость

образования, ат. / (см2с)

Период

полураспада

Еβ, кэВ

3Н

0,20

12,34 года

18,6

3Ве

8,1·10-2

53 сут.

э.з.

10Ве

4,5·10-2

2,5·105 лет

555

3С

2,5

5730 лет

156

22Na

8,6·10-5

2,6 года

545 ( )

24Na

3,0·10-5

15 час

1389

28Mg

1,7·10-4

21,2 час

460

26Al

1,4·10-2

7,4·105 лет

1170 ( )

31Si

4,4·10-4

2,6 час

1480

32Si

1,6·10-4

700 лет

210

32р

8,1·10-4

14,3 сут.

1710

33р

6,8·10-4

25 сут.

248

35S

1,4·10-3

87 сут.

167

38S

4,9·10-5

2,78 час

3000

34mCl

2,0·10-4

32 мин

2480 ( )

34Cl

1,1·10-3

3,1·105 лет

714

38Cl

2,0·10-3

37,3 мин.

4910

39Cl

1,4·10-3

55,5 мин.

3450

3Ar

5,6·10-3

270 лет

565

26Kr

1,5·10-7

2,1·105 лет

э.з.

Наиболее значимые в радиологическом плане радионуклиды этой группы - 3Н, 7Ве, 14С, 22Nа и 24Nа [3].

3. Легкие естественные радионуклиды

Тритий. 3Н – единственный радиоактивный изотоп водорода 1/2= 12,34 года); характеризуется максимальной массой 3,025 а.е.м. (два другие изотопа водорода: протий и дейтерий - стабильны). Распад 3Н сопровождается -излучением с очень низкой энергией 0,0186 МэВ [3, 9].

Мировом океане находится 65 % природного 3Н, на земной поверхности и в наземной биоте - 27%. Антропогенный тритий 3Н образуется и поступает в окружающую среду при производстве ядерной энергии на двух этапах ЯТЦ - при работе реакторов и при переработке отработавшего топлива. Кроме этого, источником поступления 3Н в окружающую среду яв­ляются испытания ядерного и термоядерного оружия. Около 99 % количества природно­го 3Н превращается в тритированную воду - Н3НО.

Поведение 3Н в биотической и косной компонентах биосферы практически полностью определяется поведением его стабильного изо­топного аналога - протия, стабильного изотопа одного из самых рас­пространенных в биосфере химических элементов - водорода, по классификации Б.Б. Полынова [8] - абсолютного органогена, без которого невозможно физиологическое развитие живых организмов.

Углерод. В природной среде рассеяно два стабильных изотопа: 12С (98,89%) и 13С (1,108%). Основной радиоактивный изотоп углерода - 14С ( -излучатель с энергией 156 кэВ и Т1/2= 5730 лет). Поступление 14С во внешнюю среду происходит как в результате природных явлений (косми­ческое излучение), так и в результате антропогенных процессов (ядер­ные взрывы, производство ядерной энергии, сжигание ископаемого топлива, использование препаратов, меченных 14С).

Миграция 14С в биосфере подчиняется закономерностям углерод­ного геохимического цикла. Образующийся 14С, соединяясь с кисло­родом, превращается в 14СО2, который затем вступает в обычный гео­химический цикл углерода. Благодаря круговороту С в природе, проис­ходит постоянный обмен 14С между атмосферой, с одной стороны, и гидросферой, литосферой, педосферой и живыми организмами, с другой. В почвах 14С входит в состав гумусовых соединений, карбо­натов, 14С02 в почвенном воздухе и другие углеродсодержащие сое­динения.

Калий. В природной среде присутствуют три основных изотопа калия: два стабильных - 39К и 41К (их распространенность составляет соответственно 93,22% и 6,77%), а также один радиоактивный 40К (0,0118%). 40К является -излучателем с энергией 1,32 МэВ и Т1/2 = 1,28•10 лет. При распаде 40К превращается в основном в стабильный изотоп кальция 40Са. В каждом грамме природного калия содержится 27 Бк 40К. 40К - один из основных (по активности) естественных радионукли­дов в почвах, растениях и объектах агропромышленного производ­ства.

А.П. Виноградов показал [3], что радиоактивность почвы определяется в первую очередь содержанием радионуклидов в материнской породе. Максимальная радиоактивность обнаружена у почв, разви­вшихся на кислых магматических породах, а наиболее высокая концентрация радионуклидов наблюдается в мелкодисперсной фрак­ции почв – в глинистых частицах.

Поведение калия в почве и в звеньях биологических цепей полностью определяется поведением его стабильных изотопных носителей - 39К и 41К. В процессе хозяйственной деятельности человека потоки 40К компонентах биосферы увеличиваются: в природе в круговорот дополнительно вовлечено 6,2•1016 Бк 40К. Так, концентрация 40К в используемых в России фосфорных удобрениях составляет: в суперфос­фате - 120 Бк/кг, в обогащенном концентрате - 70 Бк/кг, в обесфторенном фосфате - 30 Бк/кг. При средних нормах внесения калийных удобрений 60 кг/га в почву поступает 40К в количестве 1,35•106 Бк/га.

4. Тяжелые естественные радионуклиды

Уран. Природный U со­стоит из трех радиоактивных изотопов - 234U , 235U! и 238U, причем два по­следних являются родоначальниками радиоактивных семейств. Наи­более важным в радиологическом и токсикологическом отношениях по химическим свойствам является 238U (Т1/2= 4,5•109 лет, -излуча­тель с энергией 4,18 МэВ).

Содержание 238U , 235U и 234U в природной смеси изотопов U составляет соот­ветственно 99,28; 0,71 и 0,006 %. Ведущим источником U в биосфере является земная кора. Содер­жание U в почвах определяется, прежде всего, его концентрацией в материнских породах [1]. Исключительно важным фактором, определяющим поведение 238U, является его высокая массовая концентрация в почвах, в силу чего в поведении радионуклида более существенную роль играют химиче­ские свойства самого элемента, нежели стабильные аналоги. Состояние и закрепление (сорбция) 238U в почвах зависят от многих факторов [4]. Степень окисления 238Uв почвах +4 и +6 [5, 12].

Радий. Природный Rа имеет четыре основных радиоизотопа: главный из них - 226Rа, Т1/2 = 1622 года, -излучатель с энергиями 4,777 МэВ (94,3%) и 4,589 МэВ (5,7%); 228Rа, Т1/2 = 6,7 года, -излучатель с энер­гией 0,012 МэВ; 223Ra, Т1/2 - 1,2сут, -излучатель с энергиями 5,704 МэВ (53%);5,596 МэВ (24%) и 5,730 МэВ (9%); 224Rа, Т1/2 = 3,64 сут., -излучатель с энергиями 5,681 МэВ (95%) и 5,448 МэВ (4,6%).

Для 226Ra в природе характерно рассеянное состояние. Он не вхо­дит в состав отдельных минералов, а широко распространен в виде включений во многих образованиях. В дерново-подзолистых почвах Русской равнины 226Rа содержится от 2,5•10-11 до 1•10-10%, в серых лесных почвах и черноземах концентрация 226Ra в среднем равна 1•10-10%, в верхних горизонтах сероземных почв полупустынь - около 7•10-10%.

В почвах 226Rа обладает наибольшей миграционной способностью по сравнению с другими тяжелыми естественными радионуклидами. 226Ra характеризуется более высоким содержанием подвижных соеди­нений в почве: сумма водорастворимых, обменных и кислотораство­римых форм равна около 40%.Содержание прочно связанных и свя­занных с полуторными оксидами соединений 226Ra значительно мень­ше, чем у 228U и 232Тh, и составляет 50-60% [1, 3].

Свинец. Природный Рb состоит из четырех стабильных (204Рb, 206Рb, 207Рb и 208Рb) и четырех радиоактивных изотопов. Содержание стабильного Рb в земной коре 1,6•10-3%. В связи с этим поведение радиоизотопов Рb почвах определяется в основном поведением изотопного носителя - стабильных изотопов Рb. Наиболее важный из радионуклидов свинца - 210Рb, являющийся дочерним продуктом 222Rn. О поведении 210Рb системе «почва – растение» можно судить по поведению стабильного Рb. Распределение природного Рb по профилю почв обусловливается наличием ряда геохимических барьеров в его миграции, причем накопление его идет более интенсивно в почвах с более высоким содержанием органического вещества [7].

210Pb образует устойчивые комплексы с гуминовыми кислотами, причем степень их гумификации не оказывает существенного влияния на комплексообразующую способность. В кислых почвах 210Рb присутствует главным о6разом в катионной форме при незначитёльном участии в миграции органических комплексов. В карбонатных почвах 210Рb малоподвижен, так как в этих условиях доминируют нейтральные комплексы при незначительном участии катионных форм. Предполагают, что адсорбция 210Рb может быть не только в катионной форме (Рb2+), но и в анионной Рb(ОН)-. Прочно сорбированный органическим веществом 210Рb может передвигаться по профилю почв в составе коллоидов. Содержание связанных и прочно связанных с оксидами соединений 210Рb достигает 50% [5].

Степень окисления 210Рb в почве +2, реже +4; он образует устойчивые комплексы с гуминовыми кислотами. Интенсивность поглощения 210Рb кислыми суспензиями гуминовых кислот изменяется в зависимости от рН раствора и концентрация обменных катионов. В кислых почвах 210Рb присутствуют главным образом в катионной форме при незначительном содержании органических комплексов. В карбонатных почвах 210Рb малоподвижен в силу доминированных нейтральных комплексов при незначительном содержании катионных форм. 210Рb ассоциируется главным образом с глинистыми минералами, оксидами Мn, гидроксидами Fe и Al и органическим веществом [4-5]. При высо­ких рН 210Рb осаждается в виде гидроксида, фосфата, карбоната, образует 210Рb-органические комплексы. Органическим веществом почвы 210Рb сорбируется очень прочно.

Радон. Радиологический интерес представляют два радиоизотопа Rn: прежде всего 222Rn и несколько меньше 220Rn; 222Rn - газообразный дочерний продукт 226Rа с Т1/2 = 3,825 сут, -излучатель с энер­гией 5,48 МэВ. В воздухе над поверхностью суши в среднем содер­жится 25,9 Бк/м3 222Rn.

220Rn, называемый тороном (Тn), продукт рас­пада 224Ra (из семейства 232Th), T1/2 220Rn = 54,5 сек., является -излучателем с энергией 6,28 МэВ. 220Rn и 222Rn образуются в почве из своих материнских радионуклидов, а также поступают из подстилающих пород в почву в газообразной форме. Растворимость 222Rn и 220Rnв воде невелика. Как инертные газы 222Rn и 220Rn мало вовлекаются в круговорот из почвы, но их роль как источников внешнего облучения (компонентов естественного фона) человека и живых организмов весьма значительная [1, 3].

5. Искусственные радионуклиды

Появление техногенных, или ис­кусственных, радионуклидов (ИРН) в биосфере связано с деятель­ностью человека. В соответствии с генезисом ИРН подразделяют на три группы [3, 4].

1. Радиоактивные про­дукты ядерного деления, возникающие в реакциях деления ядер 235U, 238U, 239Рu и др., образуют первую группу. Основные источ­ники этой группы радионуклидов в биосфере - испытания ядерного оружия, функционирование предприятий ЯТЦ и атомной промышлен­ности (ядерно-энергетические установки, радиохимические заводы).

2. Вторую группу ИРН составляют продукты наведенной акти­вации, образующиеся в результате ядерных реакций элементарных частиц (в основном нейтронов) с ядрами атомов стабильных элемен­тов, входящих в состав конструкционных материалов коммуникаций и теплоносителей ядерных реакторов, корпусов ядерных боеголовок и так далее.

3. Третья группа ИРН - радиоактивные трансурановые элементы, возникающие в ядерно-энергетических установках и при ядерных взрывах в результате последовательных ядерных реакций (п, V) с ядрами атомов делящегося материала и последующего радиоак­тивного распада образовавшихся сверхтяжелых ядер. Радионуклиды этой группы (радиоизотопы Np, Pu, Am, Cm и др.) в основном -активные, характеризуются очень высокой радиотоксичностью, большим пе­риодом полураспада, отсутствием стабильных изотопных аналогов в природе.

6. Продукты ядерного деления

Стронций. Природный стронций Sг состоит из четырех стабильных изотопов с массовыми числами 84, 86, 87, 88. Содер­жание стабильного Sr в земной коре 3,4•10-2%. В число продуктов деления входят два радиоизотопа Sг: 90Sr, относящийся к числу самых биологически подвижных (Т1/2 = 28,1 года, -излучатель с максималь­ной энергией 0,544 МэВ), и 89Sг, более короткоживущий радионуклид (Т1/2 = 50,5 сут, -излучатель с энергией 1,463 МэВ).

Закрепление и распределение 89Sг и 90Sг в компонентах почв в основном определяются закономерностями поведения изотопного носителя – стабильного стронция Sг, а также химического аналога – стабиль­ного кальция Са, содержание которого в земной коре составляет 2,96% [3].

На поведение 90Sr в почве оказывает значительное влияние органическое вещество. Распределение и подвижность 90Sr в значительной степени определяется количественным составом гумуса. Снижение доли ионообменно связанных форм 90Sr в почвах с течением времени происходит достаточно медленно [9]. Известкование кислых почв и внесение фосфатов калия повышают прочность закрепления 90Sr почвами и способствует переводу радионуклида из водорастворимой и обменной форм в необменную. Так, при внесении в дерново-подзолистую почву однозамещенного фосфата Са водорастворимая доля 90Sr составляет 2,7%, обменная – 44,0%, количество 90Sr находившегося в необменном состоянии, равно 41,0%, тогда как в исходной почве содержание 90Sг в обменной форме составляет 85%. Содержание необменных форм 90Sг возрастает с внесением в почву фосфорных удобрений и извести от 1,5 до 4 раз [3, 7].

Цезий. Природный цезий Сs представлен одним стабильным изотопом 133Сs, содержание которого в земной коре равно 6,5•10-4%. В состав продуктов деления входят два радиоизотопа цезия - 137Сs и 134Сs, относящиеся к числу биологически подвижных в сельскохозяйственных це­почках. 137Сs - один из основных дозообразующих радионуклидов среди продуктов деления. T1/2 137Сs = 30,17 года, он - - и -излучатель с максимальной энергией -излучения 1,76 МэВ. 134Cs имеет T1/2 = 2,06 года с максимальной энергией-излучения 0,662 МэВ и -излучения 1,367 МэВ. Большая подвижность 134Сs и 137Сs определяется тем, что это радиоизотопы щелочного элемента, химического аналога биогенно важного элемента К, который в природных системах является химическим носителем 134Сs и 137Сs [3, 7-8].

Основной фракцией, ответственной за сорбцию 137Сs в почве, является ил (в илистой фракции почв остается наибольшее количество 137Сs, которое не вытесняет в раствор NH4Cl после нескольких обработок: в иле дерново-подзолистой – 50%, чернозема – 70% от поглощенного). На сорбцию 135Сs значительное влияние оказывает минералогический состав почв. На сорбцию 137Сs почвами оказывает существенное влияние калий: замещение всех обменных катионов почвы на К заметно увеличивает сорбцию 137Сs. Поглощение 137Сs почвой изменяется от присутствия в системе «почва – раствор» стабильного цезия: чем выше содержание стабильного Сs, тем меньше 137Сs сорбируется почвой.

Роль органического вещества в сорбции радиоизотопов Сs твердой фазой почв невелика, закрепление 137Сs в органогенных почвах, как правило, незначительно. Исключение представляют почвы торфяного болотного рядов (как, например, в районе аварии на Чернобыльской АЭС), где высокая подвижность 137Сs в системе «почва – растение» связывается с наличием в почвах большого количества органических соединений, содержащих 137Сs. [1 - 3].

Иод. Природный иод I представлен одним стабильным изотопом 127I, содержание которого в земной коре составляет 4·10-5%, в буровых водах - 3·10-5%, в морской воде 6· 10-5%. Средняя концентрация 127I в почвах составляет 5· 10-5%. Среди радиоизотопов I наиболее радиологически значительными являются 129I и 131I. 131I имеет Т1/2= 8,04 сут; это -излучатель с максимальной энергией 0,608 МэВ (87,2%). Т1/2 129I = 1,57·107 лет, -излучатель с энергией 0,150 МэВ. Валовое содержание природного 127Iв пределах территории РФ варьирует в зависимости от типа почвы от n·10-1 до n·101 мг/кг, Содержание I в почве и запасы в ней гумуса находятся в тесной корреляции [1].

Закрепление и распределение 129I в компонентах почв в основном определяются закономерностями поведения изотопного носителя 127I. Степень окисления иода в почве зависит от почвенно-химических условий, в первую очередь от окислительно-восстановительного потенциала почвы. Время установления квазиравновесного состояния поступившего в почву радиоиода составляет от 10 до 100 суток для черноземов и дерново-подзолистых почв, до 7 месяцев - для карбонатных и высоко гумусированных почв [3].

Специфика взаимодействия I с почвами связана с его нахождением в анионных формах, в связи с чем его сорбция в кислой среде значительно выше, чем в нейтральной. Главную роль в связывании и трансформации I в почве играет органическое вещество [6, 10, 12].

Церий. Природный церий Се состоит из трех стабильных изотопов с массовыми числами 138, 140 и 143. Содержание стабильного Се в земной коре составляет 4,5•10-3%. В смеси продуктов деления присутствуют два радионуклида - 141Се и 144Се. Т1/2141Се составляет32,5 сут., - и -излучатель с максимальной энергией -излучения 0,580 МэВ, -излучения 0,145 МэВ. Т1/2144Се равен 284,3 сут, - и -излучатель с максимальной энергией -излучения 0,320 МэВ, -излучения 0,134 МэВ. Закрепление и распределение 141Се и 144Се в компонентах почв в основном определяются закономерностями поведения изотопного носителя - стабильного церия.

Существенное влияние на сорбцию 144Се твердой фазой почв оказывает присутствие в почвенном растворе Fе3+ и А13+, поскольку в зависимости от рН 144Се может осаждаться или адсорбироваться на коллоидах гидроксидов этих элементов. Поглощение 144Се твердой фазой почв снижается с ростом содержания гумуса в почве за счет образования Се-органических соединений. 144Се способен также образовывать растворимые комплекс соединения с растительными экстрактами [1, 7, 12].

Рутений. Природный рутений Ru состоит из семи стабильных изотопов с массовыми числами 96, 98-102, 104. Содержание стабильного Ru в земной коре 5•10-7 %. Радиологически наиболее значимые радиоизотопы Ru - -103Ru и 106Ru. 103Ru, Т1/2 = 39,35 сут, - и -излучатель с максимальной энергией -излучения 0,710 МэВ, - -излучения 0,610 МэВ. 106Ru T1/2 = 368,2 сут., -излучатель с максимальной энергией излучения 0,039 МэВ. В закреплении и распределении Ru в компонентах почв исключительно важную роль играют коллекторные носители, окислительно-восстановительный режим почв, присутствие в почве органических и неорганических лигандов, рН почвенного раствора [4, 5, 13].

Цирконий. Природный цирконий Zг состоит из пяти стабильных изотопов с массовыми числами 90,91, 92,94 и 96. Содержание его в земной коре 12•10-2%. Распределение и закрепление в компонентах почв радиологически значимого радиоизотопа Zг - 95Zг (T1/2 = 64,05 сут., - и у-излучатель с максимальной энергией -излучения 0,89 МэВ, -излучения 0,756 МэВ) определяются в основном закономерностями поведения изотопного носителя - стабильного циркония [3, 11].

Ниобий. Природный ниобий Nb представлен одним стабильным изотопом 93Nb, содержание которого в земной коре составляет 2•10-3%. Радиологически значимый радионуклид 94Nb (Т1/2= 35,1 сут., -излучатель с максимальной энергией -излучения 0,160 МэВ) является до­черним изотопом 95Zг. Наиболее устойчивы в почве соединения 94Nb со степенью окисления +5. Многие соединения 94Nb слаборастворимы, как в кислой, так и в щелочной средах. В присутствии органических лигандов возможно увеличение растворимости 94Nb. В почвах гумидного климата 94Nb более подвижен, чем с условиями аридного [1].

Барий. 140Ва, Т1/2 = 12,78 сут, - и -излучатель с максимальной энергией -излучения. 1,010 МэВ, -излучения 0,537 МэВ. 140Ва как представитель щелочноземельных радионуклидов относится к числу остаточно подвижных в почвах.

7. Нуклиды с наведенной активностью

Марганец. Природный Mn представлен одним стабильным изотопом 55Мn, содержание которого в земной коре составляет 0,1%, а в почвах варьирует в пределах 0,01-0,3%. Радиологически наиболее значимым является радиоизотоп Мn с массовым числом 54. 54Мn имеет Т1/2 = 31,23 сут., -излучатель с максимальной энергией 0,83 МэВ. Поведение его в почвах очень сложно и в основном определяется закономерностями поведения изотопного носителя - 55Мn.

При увеличении Еh (окислительные условия) и высоких значениях рН преобладают окисленные труднорастворимые соединения Мn. При рН 8,5-8,7 Мn2+ осаждается в виде Mn(OH)2 с последующим окислением до Мn(ОН)4 или Мn304, при этом возможно также образование анионных комплексов с неорганическими и органическими лигандами. В восстановительных условиях в кислой среде растворимость Мn увеличивается. Концентрация Мn в почвенном растворе в зависимости от рН и Еh может варьировать в пределах 25- 2200 мкг/л [5].

Кобальт. Природный Со состоит из двух стабильных изотопов - 59Сои 57Со. Содержание стабильного Со в земной коре составляет 4•10-3%. Закрепление, распределение и трансформация в почве 60Со, наиболее радиологически значимого радиоизотопа кобальта (Т1/2 = 5,272 года, - и -излучатель с максимальной энергией -излучения 1,33 МэВ) соответствуют закономерностям поведения в почве его изотопного носителя стабильного Со [3, 5, 11].

Железо. Природное Fе состоит из четырех стабильных изотопов с массовыми числами 54, 56, 57 и 58. Содержание стабильного Fе в земной коре 4,65%, а в почвах 0,5-11%. Наиболее радиологически значимые радионуклиды Fe55Fe и 59Fe (Т1/255Fe = 2,6, имеет характеристическое излучение с энергией 5,9 МэВ; 59Fe (Т1/255Fe = 45,1 сут, - и -излучатель с максимальной энергией -излучения 1,560 МэВ, -излучения 1,29 МэВ), поведение которых в почвах определяется закономерностями поведения в почвах стабильного Fe. Поведение Fe в почвах тесно связано с геохимическими циклами О, S и С [5]. Наиболее важными факторами, влияющими на закрепление и распределение 55Fe и 59Fe в почвах, является окислительно-восстановительный режим и кислотность почвенного раствора. В окислительной обстановке при щелочной реакции среды происходит осаждение труднорастворимых соединений Fe, в восстановительных условиях при кислой реакции среды - образование растворимых форм.

Цинк. Природный Zn представлен пятью стабильными изотопами c массовыми числами 64, 66, 67, 68 и 70. Содержание стабильного Zn в земной коре 8,3•10-3%, а в почве - 5•10-3%. Поведение наиболее радиологически значимого радионуклида цинка 65Zn (Т1/2= 244,1 сут., - и -излучатель с максимальной энергией -излучения 0,325 МэВ и -излучения 1,11 МэВ) в почвах определяется закономерностями поведения его изотопного носителя – стабильного цинка.

Основными процессами, контролирующими подвижность и фиксацию 65Zn в почве, являются адсорбция, соосаждение, образование комплексов с органическими и неорганическими лигандами, в том числе хелатов, микробиологическая фиксация. В почвах преобладают обменные и кислоторастворимые формы 65Zn. Содержание обменных форм больше для кислых почв и глиноземов, в степных почвах доминируют кислоторастворимые формы 65Zn [2, 13].

Заключение

В последние годы заметно возросло внимание к оценке роли естественного фона ионизирующих излучений как важного экологического и гигиенического фактора. Это дало стимул к детальному изучению круговорота большого числа естественных и искусственных радионуклидов, в том числе систем «почва – сельскохозяйственные растения – сельскохозяйственные животные – человек». В формировании суммарной дозовой нагрузки на население от естественного и наведенного радиационного фона заметная роль принадлежит внутреннему облучению, то есть облучению, обусловленному отложением в организме человека инкорпорированных радионуклидов, поступавших с продуктами питания (молоком, мясом, хлебом и пр.). Это послужило причиной широкого радиационного мониторинга агропромышленной сферы, включающего оценку содержания ведущих естественных и искусственных радионуклидов в основных видах сельскохозяйственной продукции [2].

При этом особое внимание уделяется радиологическому контролю продукции растениеводства и животноводства, выращиваемой на территориях, подвергшихся радиоактивному загрязнению в результате аварии на Чернобыльской АЭС. Данная проблема остается весьма актуальной на территории Тульской области спустя 34 года после катастрофы на ЧАЭС, где и в наши дни отмечены проявления повышенных уровней радиационного гамма-фона в селитебных, агропромышленных и рекреационных зонах (3 и 4 зоны), что обусловлено пролонгированным воздействием радиоцезия, выпавшего на тульскую землю с чернобыльскими осадками весной 1986 года.

Список использованной литературы

Алексахин Р.М., Архипов Н.П., Бархударов Р.М. и др. Тяжелые естественные радионуклиды в биосфере: Миграция и биологическое действие на популяции и биогеоценозы / Под ред. Р.М. Алексахина. – М.: Наука, 2009. – 350 с.

Алексахин Р.М., Буфатин О.И., Маликов В.Г. и др. Радиоэкология орошаемого земледелия / Под ред. Р.М. Алексахина. – М.: Энергоатомиздат, 2014. – 224 с.

Алексахин Р.М., Васильев А.В., Дикарев В.Г. и др. Сельскохозяйственная радиоэкология / Под ред. Р.М. Алексахина, Н.А. Кореева. – М.: Экология, 2012. – С. 1 – 3; 22 – 49.

Искра А.А., Бахуров В.Г. Естественные радионуклиды в биосфере. – М.: Энергоиздат, 2015. – 123 с.

Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях: Пер. с англ. – М., 2009. – 439 с.

Орлов Д.С. Химия почв. – М.: Изд-во МГУ, 1985. – 376 с.

Павлоцкая Ф.И. Миграция радиоактивных продуктов глобальных выпадений в почвах. – М.: Атомиздат, 2014. – 215 с.

Полынов Б.Б. К вопросу о роли элементов биосферы в эволюции организмов // Избранные труды. – М., 1996. – С. 435 – 449.

Пристер Б.С., Лощилов Н.А., Немец О.Ф., Поярков В.А. Основы сельскохозяйственной радиоэкологии. – Киев: Урожай, 2012. – 256 с.

Тихомиров Ф.А. Радиоэкология йода. – М.: Энергоатомиздат, 1993. – 88 с.

https://sciencejournals.ru/journal/radkhim/

https://ib.komisc.ru/rus/struktura/nauchnye-podrazdeleniya/laboratoriya-migratsii-radionuklidov-i-radiokhimii

https://uralstroylab.ru/stati/agrokhimicheskiy-radiokhimicheskiy-gazogeokhimiche/

Просмотров работы: 65