Кандидат биологических наук Татьяна ПАРАМОНОВА, старший преподаватель кафедры радиоэкологии и экотоксикологии факультета почвоведения Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова

Порой в ходе хозяйственной деятельности в окружающую среду попадают абсолютно чуждые ей вещества (целенаправленно синтезированные, либо являющиеся побочным продуктом технологий производства). Их внедрение в биогеохимические циклы нередко чревато нарушением равновесия естественных наземных и водных экосистем. Таковы, в частности, искусственные радионуклиды. Чтобы обеспечить устойчивое развитие биосферы, человек должен постоянно контролировать уровень их содержания в природных объектах.

ЧУЖДЫЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ

Вскоре после 26 апреля 1986 г. дозиметрические и гамма-спектрометрические приборы эколого-аналитического контроля зарегистрировали всплеск концентраций техногенных радионуклидов в атмосфере Северного полушария. И крупнейшие информационные агентства мира заговорили о Чернобыльской катастрофе как о событии, непосредственно касающемся не только граждан России, Белоруссии и Украины, где случилась беда, но и жителей всего Европейского континента. Ведь благодаря своим мельчайшим размерам и химической устойчивости долгоживущие радиоизотопы, прежде всего цезий-137 и стронций-90, распространялись в тропосфере на сотни и тысячи километров и очень медленно оседали, поступая в наземные и водные экосистемы. Причем доля высокодисперсной растворимой фракции элементов в составе их глобальных выпадений составляла 30 - 80%. Лишь к 1997 г. содержание названных примесей в атмосфере достигло уровня, зафиксированного до Чернобыльской аварии. Основная часть токсичных веществ при этом прочно закрепилась в почвах, обладающих большой емкостью поглощения.

Внедряясь в геологический и биологический круговороты элементов, радионуклиды начинают влиять на равновесие, сложившееся в природе*. Разумеется, прочность "удержания" чужеродных компонентов во многом зависит от химических свойств каждого из них, а также от особенностей самой за-

* См.: Б. Голубев. Растревоженная планета. - Наука в России, 2005, N 4 (прим. ред.).

грязненной почвы. И тут особого внимания заслуживает цезий-137 - основной дозообразующий радионуклид глобального рассеивания. Он активно взаимодействует с твердой фазой почвы, задерживаясь в ее поверхностных слоях на 93 - 95%. При этом создаваемое им загрязнение чрезвычайно консервативно, а его переход в растения и дальнейшая миграция по пищевым цепочкам растянуты во времени. Заметим: в ряду осколочных радионуклидов (продуктов деления) цезий-137 поглощается почвой наилучшим образом, лидирует и по прочности связи, возникающей с указанным субстратом. Например, десорбирующее действие на него химически нейтральных солей* ничтожно, тогда как стронций-90 легко вытесняется такими агентами.

Данная особенность во многом объясняется механизмом закрепления поступающих техногенных элементов: если радионуклиды стронция-90, попадая в почву, закрепляются в ионообменном слое минеральных и органических коллоидов, замещая обычно содержащиеся здесь ионы стабильного стронция и кальция, то цезий-137 "ухитряется" внедриться в межпакетные пространства глинистых минералов**, по сути вытесняя свой химический аналог - стабильный калий, из-за чего впоследствии и становится недоступен процессам ионного обмена.

Дополнительной причиной медленного самоочищения верхнего, наиболее экологически активного слоя почвы служит длительный период полураспада цезия-137 (около 30 лет). В итоге темпы снижения уровней радиоактивного загрязнения почв, возникшего после 1986 г., сегодня не превышают 3% в год.

Но представляет ли это опасность для всех нас?

Строго говоря, доля внешнего облучения человека, создаваемая глобальными выпадениями техногенных радионуклидов из атмосферы, обычно очень мала. Основную дозу мы получаем от рассеянных в окружающей среде природных радиоизотопов литогенной (уран-238,уран-235, радон-226, торий-232, калий-40, рубидий-87) и космогенной (тритий, бериллий-7, углерод-14, натрий-22) природы. Для горожан, кроме того, актуальна проблема токсического воздействия радиоактивного радона-222, поднимающегося по трещинам земной коры, проникающего в фундаменты сооружений и накапливающегося в плохо вентилируемых зданиях из кирпича и бетона. Примерно треть общей дозы облучения создается при рентгеноскопии и флюорографии, причем в ближайшие годы вклад данного фактора может возрасти в связи с программой активизации массового скрининга туберкулеза у населения России. Однако если предполагаемая польза от обследования пациента превышает потенциальный риск, а к природным источникам ионизирующего излучения организмы Земли адаптировались в ходе эволюции, то дополнительно поступающие в окружающую среду техногенные радионуклиды могут стать, как в старой поговорке, "соломинкой, которая проломила спину верблюду".

В ЗОНЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО БЛАГОПОЛУЧИЯ

В нашей стране помимо территорий, оказавшихся в границах "чернобыльского следа", а потому подвергшихся радиоактивному загрязнению в наиболь-

* Обычно для извлечения из почвы поглощенных катионов ее обрабатывают раствором хлорида калия, не вступающим в какие-либо химические реакции с веществами ее состава (прим. авт.).

** В структуре глинистых минералов присутствуют так называемые пакеты, между которыми существует более или менее сильная связь; чем она слабее, тем выше способность минерала к поглощению катионов в межпакетном пространстве (прим. авт.).

шей степени (в Брянской, Тульской, Калужской и частично Орловской областях до сих пор сокращены площади возделывания ряда культур, свернуто животноводство, ограничено лесопользование), есть районы, где государственные службы радиационного контроля фиксировали в конце 1980-х годов кратковременное незначительное повышение содержания техногенных радионуклидов в наземных экосистемах. Так, в Верхне-Волжском регионе (одна из отечественных баз мясо-молочного животноводства и центр зерново-картофельного растениеводства) в 1986 - 1987 гг. запасы цезия-137 в почвах выросли до 0,09 Ки*/ км", тогда как ранее они составляли 0,05 Ки/км", что близко к среднеевропейскому фону. Последующие регулярные измерения концентрации этого вещества в воздухе, почвах, питьевой воде и продуктах питания не выявляли каких-либо нарушений норм радиационной безопасности. В 2000 - 2004 гг. удельная активность цезия-137 в почвах Верхнего Поволжья составляла в среднем уже 12 Бк/кг, что соответствует плотности загрязнения поверхностного 10-сантиметрового слоя 0,04 Ки/ км". Этот показатель на два порядка ниже критической величины, при которой по нормам Российской Федерации устанавливается постоянный радиационный контроль.

Однако при оценке состояния природных сред наряду со средними величинами важно учитывать и максимальные концентрации загрязняющих веществ, возникающие в локальных очагах. Если их обнаруживают систематически, то следует анализировать причины явления и проводить направленный регулярный мониторинг "критических" позиций. К сожалению, у региональных служб зачастую не хватает сил и средств на выполнение такой масштабной работы. Не случайно уже в 1998 г. по итогам радиационно-гигиенической паспортизации субъектов РФ была выдвинута задача развития системы радиоэкологического мониторинга, основанной на привлечении аккредитованных лабораторий различных организаций, министерств и ведомств**.

Подобное исследование в Верхне-Волжском регионе провели в 2003 - 2007 гг. сотрудники факультетов почвоведения и географического МГУ им. М. В. Ломоносова. Пробы в количестве 450 (такое число позволяет достоверно охарактеризовать средние величины содержания и параметры варьирования в почвах техногенного цезия-137) отбирали по условным линиям (трансектам) общей протяженностью более 800 км, пересекавшим Вологодскую, Ярославскую, Тверскую и Ивановскую области в направлениях с севера на юг, с запада на восток и с северо-востока на юго-запад. В результате охваченные природные и антропогенно-преобразованные экосистемы в совокупности объективно отразили разнообразие местных ландшафтных условий.

И тут обнаружилась любопытная вещь: при среднем загрязнении почв цезием-137 11 Бк/кгего содержание колебалось от 0 до 140 Бк/кг, причем в половине образцов концентрация радионуклида была на пределе возможностей приборного обнаружения

* Ки (кюри) - внесистемная единица радиоактивности, производная от Бк (беккереля), которая равна 3,7 - 10"' Бк; Бк - единица радиоактивности, которая соответствует 1 ядерному распаду в 1 секунду (прим. ред.).

** См.: В. Субботин. Основы безопасности ядерной энергетики. - Наука в России. 1999. N 1 (прим. ред.).

(менее 6 Бк/кг), в 19 % проб - не превышала среднего значения более чем в 2 раза, но в 2 % - превосходила его в 4 - 6 раз, что с достаточной определенностью указывает на наличие на изученной территории локальных очагов радиоактивного загрязнения, правда, очень слабых и не подлежащих (согласно существующим нормативам) обязательному регулярному контролю.

Участки эти расположены, как правило, в пределах лесных массивов и встречаются во всех административных областях Верхне-Волжского региона. Они находятся вдали от каких-либо источников возможного антропогенного загрязнения (промышленность, транспорт, связь, энергетика, объекты обороны и т.д.). Что же стало причиной накопления техногенных радионуклидов? Обычно повышение местного фона связано с несанкционированными захоронениями радиоактивных отходов или утерей источников ионизирующих излучений. Однако осмотр окружающей местности не выявил "стихийных" свалок или следов нарушения целостности почвенного покрова. Выходит, единственным источником локального радиоактивного загрязнения почв служат, скорее всего, его выпадения из атмосферы, которые распределяются в ландшафте крайне неравномерно.

ОСОБЕННОСТЬ ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМ

Дальнейшие исследования показали: в пределах ореола загрязнения участки с высокими уровнями удельной активности цезия-137 чередуются с фактически чистыми. В целом, в пробах, характеризующих состояние лесных экосистем, содержание техногенных радионуклидов выше.

Для того чтобы объяснить закономерности аккумуляции техногенного цезия-137 в изучаемых почвах, мы оценили, как меняется его содержание в зависимости от характера землепользования, механического состава мелкозема и положения в рельефе. Первый фактор определяет особенности растительного покрова территории, а значит, так называемый коэффициент шероховатости поверхности, "принимающей" рассеянные в атмосфере радионуклиды. В почвах лесных экосистем с наиболее развитой поглотительной способностью средние концентрации цезия-137 в 2 - 9 раз выше, чем на пашне и лугах. Причем его содержание под свежими и влажными древостоями (где заглубление поступившего из атмосферы загрязнителя происходит, в основном, за счет постепенного разложения растительного опада и деятельности мезофауны) и под заболоченными лесами (здесь может возрастать роль водной миграции радионуклида) различается незначительно. На загрязнение сельскохозяйственных угодий, селитебных (городских), техногенных и резервных зон в наибольшей степени влияют высота растений, площадь их поглотительной поверхности, фенофаза, состояние, наконец, проективное покрытие рассматриваемой территории*. Сенокосы, пастбища и старые залежи под разнотравно-злаковыми, часто поросшими кустарником лугами отличаются самыми высокими показателями содержания цезия-137 - 10 - 15 Бк/кг, а пашни - самыми низкими - 4 - 5 Бк/кг. Немного его и в почвах жилых массивов и прочих земель с нарушенным и разреженным растительным покровом -5 - 9 Бк/кг.

Вопреки ожиданиям достоверно выраженного накопления цезия-137 в почвах тяжелого (суглинистого) механического состава мы не обнаружили, вероятно, в связи с их высокой вовлеченностью в сельскохозяйственное использование. Легкие же (супесчаные) залегают в лесных экосистемах.

Поступающие из атмосферы техногенные радионуклиды впоследствии могут включаться в процессы вертикальной и боковой миграции веществ в ландшафте. В результате они проникают в глубинные почвенные горизонты и/или перемещаются из мест, где преобладают процессы выноса веществ, в места, где превалирует их аккумуляция.

При сопоставлении средних величин содержания цезия-137 в почвообразующих породах, почвах и донных отложениях Верхне-Волжского региона выяснилось: первые содержат лишь следовые количества техногенных радионуклидов. Многие специали-

* Проективное покрытие - отношение площади участка, занятого растительностью, к обшей плошали рассматриваемой территории, выраженное в процентах (прим. ред.).

сты полагают, что и на территории, сильно загрязненной в результате Чернобыльской аварии, большая часть данных веществ до сих пор не проникла глубже корнеобитаемого слоя, а местами сосредоточена даже выше. В этом случае процессы перехода радионуклида в растения только еще будут активизироваться.

Донные отложения, аккумулирующие цезий-137 в водных экосистемах, также содержат его очень мало: в 95% проб концентрация радионуклида не превышала 6 Бк/кг и лишь в одном (!) случае составила 10,4 Бк/кг. Следовательно, интенсивность естественного заглубления поступившего из атмосферы поллютанта и темпы дальнего переноса элемента из наземных экосистем в водные весьма незначительны.

Теоретически может происходить и боковой перенос цезия-137 в пределах наземных экосистем - со стоком природных вод или в результате водной и ветровой эрозии почв. Но для ландшафтов Верхне-Волжского региона это не подтверждается статистически, иногда названные процессы захватывают лишь отдельные элементы почвенного покрова, геохимически сопряженные между собой. Словом, данный загрязнитель очень медленно включается в биогеохимические циклы миграции, а радиоактивное загрязнение местности обладает высокой степенью консерватизма.

Сведения об относительном накоплении цезия-137 и других радионуклидов в лесных почвах публиковали многие специалисты - доктора биологических наук Федор Тихомиров и Алексей Щеглов (МГУ) академик РАСХН, директор ВНИИ сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии Рудольф Алексахин.

Они указывают на исключительную важность таких экосистем в формировании радиоэкологической обстановки Европейской России, как определяющих длительные нагрузки на человека вследствие внешнего облучения и миграции по трофическим цепям.

К примеру, грибы и растения рода Vaccinium, к которому относятся любимые многими клюква, брусника, черника, голубика, в силу их физиологических особенностей склонны к накоплению радионуклидов. Дело в том, что грибной мицелий и корневая система названных кустарничков размещаются в поверхностном слое лесных почв - так называемой подстилке, на сегодня являющейся зоной основной аккумуляции упомянутых загрязнителей.

Результаты мониторинга, проведенного нами в довольно благополучной зоне, расположенной вне "чернобыльского следа", еще раз подтверждают: необходимо корректировать существующую систему государственного радиоэкологического контроля, а именно в обязательном порядке размещать посты на лесных территориях, в особенности отличающихся повышенным радиационным фоном. В настоящее время подобные меры применяют лишь к сельскохозяйственным угодьям.

Публикатор:

Постоянная ссылка для научных работ (для цитирования):

Комментарии: