01.09.2017
31.08.2017
08.08.2017
14.07.2017
06.07.2017
19.06.2017
19.06.2017
19.06.2017
15.06.2017
12.06.2017
Вторичное перераспределение радионуклидов
 13.09.2012

После выпадения радионуклидов на местность и первичных взаимодействий происходит их распределение между основными компонентами наземных экосистем: почвой и биотой, преимущественно растениями. Сформировавшееся первичное распределение не является стабильным. Радионуклиды, подобно всем элементам, входящим в состав биосферы, включаются в биогеохимические циклы (БГХЦ), частично мигрируют за пределы экосистемы. В процессе миграции и взаимодействий в рамках биогеохимических циклов происходит перераспределение радионуклидов по различным компонентам экосистемы и формирование основных пулов, содержащих радиоактивные элементы. Через какое-то время, обычно равное нескольким годам, состояние радионуклида в экосистеме и соотношение между пулами и основными потоками относительно стабилизируются.
Основные пулы и транспортные потоки радионуклидов в наземных экосистемах схематически показаны на рис. 7.3.

Вторичное перераспределение радионуклидов

В наземной экосистеме можно выделить три основных пула, содержащих радионуклиды. Два из них присутствуют в составе почвы.
1. Почвенный пул радионуклида в инертной форме (инертный почвенный пул). В него входят прочнозакрепленные твердой фазой почвы радионуклиды, а также радиоактивные вещества в составе наиболее инертных твердофазних выпадений. Радионуклиды, входящие в данный пул, почти не переходят в состав почвенного раствора, слабо поглощаются биотой и их участие в биогеохимических циклях невелико. Однако радионуклиды в данной форме могут выноситься за пределы экосистемы в составе почвенных частиц, например в результате водной или ветровой эрозии.
Относительное количество радиоактивных веществ, содержащихся в данном пуле, зависит от вида радионуклида и типа почвы. Как уже отмечалось (см. табл. 7.3), необменная фиксация на слоистых силикатах отмечена для изотопов 134Сs и 137Сs. Спустя несколько лет после выпадения относительное содержание радионуклида в составе данного пула может лежать в пределах 70-80% и более от общего содержания в экосистеме.
Прочное закрепление поливалентных радионуклидов (изотопы иттрия, церия, циркония, рутения, плутония) с формированием инертного пула почвы происходит в результате процессов соосаждения и включения в прочные комплексные и внутрикомплексные соединения твердой фазы почвы. Наиболее значительные объемы инертных пулов отмечены для изотопов Рu и Се. Важную роль в их формировании играют выпадения указанных радионуклидов в форме труднорастворимых твердых частиц, особенно в случае плутония.
Для всех радионуклидов отмечается общая закономерность - возрастание объема инертного пула с утяжелением гранулометрического состава почвы, что объясняется увеличением содержания компонентов, участвующих в прочном закреплении любых загрязнений (слоистые силикаты, глины, гидроксиды, органические вещества и др.).
2. Почвенный пул радионуклида в обменной форме (обменный почвенный пул), включающий все потенциально доступные для растений и способные к миграции формы. Обменный пул радионуклида - понятие более широкое, чем обменносорбированный радионуклид. Кроме последнего, этот пул содержит вод нерастворимые минеральные и органоминеральные соединения радиоактивных веществ, даже если их растворимость и не очень высокая. Основной критерий принадлежности радионуклида к данному пулу - участие в любых обменных процессах в экосистеме: ионного и изотопного обмена, растворения-осаждения, поступления в биоту и выхода из ее состава и др. Из наиболее значимых (экологически) радионуклидов, для которых характерно формирование значительных по объему обменных пулов в почве, можно назвать 90Sr и 131I. Именно по этой причине отмечаются относительно более высокие уровни загрязнения данными радионуклидами биологических объектов.
3. Пул радионуклидов в составе биогеохимического цикла определяется общим масштабом БГХЦ в данной экосистеме, т. е. общей массой элементов, участвующих в формировании биопродукции за один вегетационный период, плюс количеством элементов в составе «многолетних» живых компонентов экосистемы.
По понятным причинам объем данного пула может быть оценен лишь приближенно, в основном путем изучения содержания радиоактивных изотопов в составе живых компонентов экосистемы. Кроме содержания радионуклидов в составе «живой фазы» экосистемы, пул БГХЦ включает радионуклиды, мигрирующие, например, между отдельными генетическими горизонтами почвы в составе почвенных растворов. К сожалению, информация по данному вопросу весьма ограниченна. Поэтому пока можно лишь приближенно оценить долю радионуклидов в данном пуле, как и общее соотношение отдельных радионуклидов в различных пулах наземных экосистем.
Например, для всех сельскохозяйственных экосистем объем пула БГХЦ не превышает сотых долей от общего содержания радионуклидов в экосистеме. В природных экосистемах данный пул, как правило, значительно выше за счет более высокого первичного поглощения радионуклидов растительностью в период выпадений и действия последующих механизмов их удержания в составе биоты (действия этих механизмов будут рассмотрены в следующих разделах). Поэтому в некоторых природных экосистемах значительная часть радионуклидных загрязнений будет присутствовать в отдельных звеньях, составляющих биогеохимический цикл. Следствием этого положения является более высокий уровень радионуклидного загрязнении биологической продукции природных экосистем по сравнению с сельскохозяйственными.
Относительные масштабы включении отдельных радионуклидов в БГХЦ зависят от уровня биофильности соответствующего элемента, т. е. от обязательности его участия в процессах формирования и функционирования живых организмов.
К числу радионуклидов, представляющих биофильные элементы, следует отнести 14С, 3Н, 32,33Р, 40,42K, 65Zn, 60Со, 64Сr, 129,131I и другие макро- и микроэлементы, входящие в состав живых организмов. Из перечисленных радионуклидов только осколочный изотоп 131I представляет реальную угрозу загрязнения и облучения биологических объектов в региональных и глобальных масштабах. Однако в силу незначительного периода полураспада (8,02 сут.) 131I формирует дозовые нагрузки на биологические объекты только в первые месяцы после его выброса в биосферу.
Элементы большинства других радионуклидов-загрязнителей не являются необходимыми для живых организмов. Однако некоторые из них могут активно поглощаться и участвовать в метаболизме растений, животных и человека, поскольку имеют химические аналоги среди элементов-биофилов. В частности, широко известно биологическое поглощение и участие в метаболических процентах 90Sr и 137Cs, являющихся химическими аналогами кальция и калия соответственно. Стронций-90, как и кальции, накапливается в костных тканях человека и животных, 137Сs. подобно калию, содержится во всех органах и тканях, выполняющих функциональную роль. Данные радионуклиды ведут себя по аналогии с кальцием и калием не только в живых организмах, но и в почвах, при переходах между отдельными звеньями биогеохимических циклов, в процессах абиотической миграции в биосфере.
Важной составной частью биогеохимического цикла радионуклида, как и любого элемента, входящего в БГХЦ. является пищевая, или трофическая цепь, которая характеризует переход элемента от первичных продуцентов (растений в наземных экосистемах) или от основного пула радионуклида в данной экосистеме через промежуточные биологические звенья к человеку или животному. В любой экосистеме действуют несколько конкретных трофических целей для разных радионуклидов с участием различных биологических объектов экосистемы. Например, для агроэкосистемы в самом общем виде трофическая цепь может иметь вид, представленный на рис. 7.4.
Практически важно знать параметры, характеризующие переходы между отдельными конкретными звеньями трофической цепочки отдельных радионуклидов в конкретных условиях, например, переход 90Sr из дерново-подзолистой супесчаной почвы в растения картофеля. Данная информация позволяет прогнозировать уровни поступления радионуклидов в отдельные биологические объекты трофической цепи, включая и человека.
Вторичное перераспределение радионуклидов