В материалах AMAP в 2010 г. [1] представлены уровни радиоактивного загрязнения арктической зоны Северного полушария. На рис. 1 представлена карта распределения суммарной активности 137Cs в этом районе. Такое распределение радиоактивности возникло в результате многолетних выпадений от различных видов источников. Важно, что накопление радиоактивности происходит на контакте материк – океан. В Арктике накопление техногенных изотопов на суше значительно снижается.
1 2
Рис. 1. Пространственное распределение 137Cs: 1 – на поверхности арктической зоны (Бк/м2) [1], 2 – в почвах Архангельского региона и соседних территорий 137Cs (Бк/кг) [2]
Карта (рис. 1.1) показывает, что поверхность арктической зоны имеет высокую степень самоочищения от радиоактивных выпадений. Загрязнение ее поверхности 137Cs варьирует от 1000 до 2500 Бк/м2. Территории с максимальным уровнем загрязнения – это норвежские и канадские берега, Британские о-ва и юг Аляски. Архангельскую область (рис. 1.2) можно считать территорией со слабым уровнем загрязнения техногенной радиоактивностью [1]. В материалах АМАР 2015 [2] приводится схема загрязнения 137Cs почв Архангельской области. Высокий уровень загрязнения имеет территория Финляндии (до 10000 Бк/кг). Авторы указывают на происхождение радиоактивного загрязнения этой территории от Чернобыльской аварии.
Материалы и методы исследования
В результате экспедиционных работ в окрестностях г. Архангельска, Северодвинска и Новодвинска в период с 2005 по 2015 гг. было опробовано 240 точек, из них отобрано 722 почвенных образца (рис. 2). Техногенная радиоактивность проб определялась по методу геометрии Маринелли (1 л) на гамма-спектрометре «ПРОГРЕСС – 2000». Погрешность при таких измерениях 137Cs составила от 10 до 30 % [3].
• – точки отбора проб
Рис. 2. Схема опробования почв окрестностей г. Архангельска, Северодвинска и Новодвинска [3]
Результаты исследования и их обсуждение
В подзолистых, дерново-подзолистых и болотных почвах максимальные значения активности 137Сs были определены нами в лесной подстилке. Горизонт Ао – 385,6 Бк/кг – разрез М-1 (дер. Лапоминка). Почва – подзолистая, суглинистая, отобрана в средней части полого-волнистого склона. Хвойный лес с примесью березы и ольхи. Напочвенный покров: хвойный и лиственный опад, папоротник Линника, редкие кусты брусники, мышиный горошек. Горизонт Ао – 375,6 Бк/кг – разрез С-7 (г. Северодвинск, болото Масляный мох, 1,5 км от Белого моря). Почва – торфяная, отобрана на верховом болоте (осушенном под строительство дачного кооператива), сформировавшемся на аллювиальных морских отложениях.
В гумусовом горизонте (АоА1, А1, А1т): горизонт АоА1 – 263,3 Бк/кг – разрез ВЛ-5 (5 км от дороги М8 на п. Васьково). Почва – подзолистая, суглинистая, отобрана на вершине моренного холма. Сосновый лес с примесью березы, осины и рябины. В напочвенном покрове черника, можжевельник, зеленомошник. Горизонт А1 – 138,4 Бк/кг – разрез ВЛ-9 (1,5 км от дороги М8, в сторону п. Васьково). Почва дерново-подзолистая, суглинистая, отобрана в средней части пологого склона моренного холма. Горизонт А1т – 154,8 Бк/кг – разрез АС-6 (5 км трассы М8). Торфянистая почва, отобрана в пределах аллювиально-морской равнины в низменном сосновом лесу с примесью березы на границе с болотом. В надпочвенном покрове доминирует хвойный и лиственный опад, черника, брусника. В подзолистом горизонте (А2) – 15,42 Бк/кг – разрез АЛ-1 (16 км железной дороги Исакогорка – Северодвинск). Почва дерново-подзолистая, супесчаная, на суглинках, отобрана на вершине моренного холма. Смешанный лес (ель, береза, осина). Напочвенный покров – лиственный и хвойный опад, лесное разнотравье. Для иллювиального горизонта в подзолистых и дерново-подзолистых почвах активность 137Сs не превышает 3,4 Бк/кг, а в почвообразующей породе – 3,1 Бк/кг.
В торфяных горизонтах отмечены более высокие значения в горизонте Т1: 38,93 Бк/кг – разрез Лая-6, верховое болото в районе д. Рикасиха, 111,6 Бк/кг – разрез С-20 верховое болото в районе Кудьмозера, 40,9 Бк/кг – разрез С-24 верховое болото, оз. Кудьмозеро. В горизонте Т2 – 24,07 Бк/кг – разрез С-7, г. Северодвинск, болото Масляный мох.
В дерновых и пахотных почвах активность 137Cs в верхнем горизонте Ад изменяется в пределах от 5,8 до 53,65 Бк/кг (в лесной луговой почве, в среднем течении р. Лая, на бровке надпойменной террасы, в гумусовом горизонте А1 – от 2,1 до 29,13 Бк/кг, в иллювиальном горизонте активность достигает лишь от 5,3 до 7,5 Бк/кг.
Среди типов почв, преобладающих в данном районе, можно выделить подзолистые, дерново-подзолистые, болотные, дерновые, пахотные [4]. На рис. 3 демонстрируется полученные средние значения активности 137Cs для упомянутых почв по генетическим горизонтам. Из рис. 3 видно, что накопление 137Cs происходит в гумусовом горизонте. Средняя его активность изменяется от 122 Бк/кг в подзолистых почвах, до 67,4 Бк/кг в дерново-подзолистых почвах и до 121,7 Бк/кг в болотных почвах.
Рис. 3. Изменения средних значений активности 137Сs (Бк/кг) в почвах окрестностей г. Архангельска, Северодвинска и Новодвинска: 1 – лесная подстилка (дернина в дерновых почвах), 2 – гумусовый горизонт (оторфованный гумусовый горизонт в болотных почвах), 3 – подзолистый горизонт (в дерновых и пахотных – иллювиальный, в болотных – Т1), 4 – иллювиальный горизонт (в болотных – Т2)
Подстилка до сих пор сохраняет повышенные значения 137Cs, но только относительно минеральной части почвы. В дерновых и пахотных почвах отмечена самая низкая активность 137Cs. Средние значения составляют 16,9 Бк/кг для дернины и 9,8 Бк/кг – для гумусового горизонта. Отмечаются повышенные средние значения в торфяном горизонте Т1 (50,4 Бк/кг), который располагается непосредственно под оторфованным гумусовым горизонтом.
Проведен анализ распределения 137Cs в органической части почвы и подзолистом горизонте, по выделенным в период экспедиционных работ районам. Полученные результаты демонстрируются на рис. 4. Отобранные почвы в данных районах сформировались под влиянием как техногенных факторов (выбросов в атмосферу заводов ВПК и ЦБК, осушения болот, вырубок, сельскохозяйственных работ и т.п.), так и при воздействии на них форм рельефа, типов ландшафтов, циркуляции атмосферы, осадков, типа биоценоза и т.п.
Рис. 4. Средние значения активности 137Cs (Бк/кг) в верхних горизонтах подзолистых почв районов экспедиционных работ: А – окрестности г. Архангельска, С – окрестности г. Северодвинска, Н – окрестности г. Новодвинска, КВ – район Катунино – Васьково: 1 – лесная подстилка, 2 – гумусовый горизонт, 3 – подзолистый горизонт
Повышенные средние значения 137Cs в подстилке и гумусовом горизонте выделены в окрестностях г. Архангельска и Северодвинска. Средние значения активности 137Cs для окрестностей Архангельска составляют: для подстилки – 138,9 Бк/кг, для гумусового горизонта – 154,4 Бк/кг, в районе г. Северодвинска: для подстилки – 138,8 Бк/кг, для гумусового горизонта – 139,6 Бк/кг.
Для г. Новодвинска средняя активность 137Cs составляет: в подстилке – 68 Бк/кг, в гумусовом горизонте – 77 Бк/кг. В районе п. Катунино – п. Васьково: в подстилке – 61,5 Бк/кг, в гумусовом горизонте – 120,9 Бк/кг. Здесь также наблюдается перемещение центра активности 137Cs в гумусовый горизонт. В подзолистом горизонте активность 137Cs снижается на порядок.
Авторами получены данные по распределению активности 137Cs в горизонтах почв в наиболее типичных ландшафтах, слагающих исследуемую территорию, и в болотах (рис. 5). В ходе работ нами были выделены возвышенные участки (микрохолмы и их склоны), не подверженные воздействию паводковых вод, пойменные участки устьевой части р. Северная Двина и впадающих в нее рек и болота, как район со специфическими условиями, отличающимися от возвышенных участков и низменных (поймы р. Северная Двина).
Рис. 5. Изменения средних значений активности 137Cs в почвах окрестностей г. Архангельска, Северодвинска и Новодвинска: 1 – лесная подстилка (дернина в дерновых почвах), 2 – гумусовый горизонт (оторфованный гумусовый горизонт в болотных почвах), 3 – подзолистый горизонт (в дерновых и пахотных – иллювиальный, в болотных – Т1), 4 – иллювиальный горизонт (в болотных – Т2)
Генетические горизонты почв речных пойм устьевой части р. Северная Двина не накапливают радиоактивного 137Cs. Активность 137Cs здесь в органической части почвы изменяется от 3,3 до 15,2 Бк/кг [5].
На микрохолмах и их склонах и болотистых территориях происходит перемещение 137Cs в гумусовый горизонт, где получены его максимальные значения. На болотах наблюдается увеличение активности 137Cs в первом торфяном горизонте (Т1).
Результаты показывают, что наиболее интенсивно 137Cs мигрирует с верхних горизонтов почвы в гумусовый горизонт. Особенно это заметно на вершинах моренных микрохолмов в зоне развития подзолистых почв. Для дерново-подзолистых почв интенсивное перемещение 137Cs наблюдается, как на поверхности, так и на полого-волнистых склонах. На болотах повышенные значения 137Cs в оторфованном гумусовом горизонте получены на открытых участках.
Выводы
1. Наибольшие концентрации 137Cs наблюдаются в верхних органических горизонтах, независимо от типа почвы. Это связано с тем, что лесная подстилка или дернина в пойменных почвах, очес в болотных почвах – первый мощный естественный барьер на пути вертикальной миграции 137Cs, в гумусовом горизонте 137Cs сорбируется соединениями гуминовых и фульвокислот. Иллювиальные горизонты и почвообразующие породы не накапливают техногенного 137Cs.
2. Из всех типов почв, преобладающих в окрестностях г. Архангельска, Северодвинска и Новодвинска, самое высокое содержание 137Cs по почвенному профилю характерно для подзолистых и торфяно-болотных почв, где 137Cs связывается с органическими веществами и теряет свою подвижность. Пойменные почвы не накапливают техногенной радиоактивности, что обусловлено высокой скоростью самоочищения, в результате вертикальной и горизонтальной миграции, под воздействием природных и антропогенных факторов (затопление во время паводков, с/х деятельность).
3. Геоморфологическое строение местности оказывает существенное влияние на распределение 137Cs в пространстве. По степени уменьшения активности 137Cs, в почвах, отобранных на различных видах рельефа, можно выделить следующую последовательность: болота – моренные холмы со склонами – пойма р. Северной Двины.
Работа выполнена при финансовой поддержке ФАНО (проект № АААА-А16-116052710105-1) и УрО РАН (проект № 18-5-5-26).
Библиографическая ссылка
Баженов А.В., Кряучюнас В.В., Игловский С.А. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ЦЕЗИЯ-137 В ПОЧВАХ ОКРЕСТНОСТЕЙ ГОРОДСКИХ АГЛОМЕРАЦИЙ АРХАНГЕЛЬСКА, СЕВЕРОДВИНСКА И НОВОДВИНСКА // Успехи современного естествознания. – 2018. – № 10. – С. 90-95;URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=36888 (дата обращения: 20.04.2024).