Малоинтенсивные радиоактивные аномалии на территории города Архангельска

Полный текст

Кряучюнас В. В., Игловский С. А., Шахова Е. В., Любас А. А., Кузнецова И. А. Малоинтенсивные радиоактивные аномалии на территории города Архангельска // Экология человека. 2016. № 5. С. 9-16. Kriauchiunas V. V., Iglovsky S. A., Shakhova E. V., Liubas A. A., Kuznetsova I. A. Low-intensity Radioactive Anomalies in Arkhangelsk City. Ekologiya cheloveka [Human Ecology]. 2016, 5, pp. 9-16. Фоновое облучение для жителей Северо-Западного региона от всех источников радиации составляет 2,9 мЗв/год, в том числе от техногенного - 0,1 мЗв/ год [11]. Территория города Архангельска относится к геологическим районам с пониженным природным радиационным фоном [4, 5]. В результате антропогенной деятельности в городе формируется техногенно измененный радиоактивный фон, величина которого на отдельных локальных участках достигает 0,15 мкЗв/ час (1,3 мЗв/год), что считается безопасной величиной в большинстве районов Российской Федерации (РФ). Однако известно, что длительное облучение в малых дозах может быть гораздо более опасным по последствиям, чем кратковременное облучение в больших дозах (так называемый эффект Петко) [2, 3]. По статистике Архангельская область занимает лидирующее место в России по заболеваемости и смертности от онкологических заболеваний. Показатель заболеваемости злокачественными новообразованиями в Архангельской области составил 429,6 на 100 000 населения (по РФ - 367,3 на 100 000 населения), что на 7,2 % выше уровня 2011 года (по РФ - на 0,5 %) и на 41,6 % выше уровня 2012 года (по РФ - на 17,9 %) [9]. Поэтому проведение многоаспектных радиологических исследований на территории города Архангельска считается актуальным. 9 Окружающая среда Экология человека 2016.05 Цель исследования - выявить на территории города основные малоинтенсивные аномалии по радиоактивному фону, удельному содержанию 137Cs, 226Ra, 232Th, 40K в почве как основной вероятный источник облучения людей малыми дозами; дать объективную оценку радиационных рисков и потенциального ущерба здоровью местного населения. Методы Район, объект и предмет исследования. В геоморфологическом плане территория Архангельска представляет собой низкую пологоволнистую и холмисто-грядовую равнину, слабо наклоненную в сторону долины Северной Двины. Около 75 % всех первичных форм рельефа на территории города занимают болота с мощностью торфа в некоторых районах более 8 м. Планомерное осушение болот и пригрузка торфа песком началась с 60-х годов прошлого века и продолжалась в течение 20 лет. Это привело к тому, что на поверхности преобладает слой техногенных отложений мощностью от 1 до 4 м, крайне неоднородных по составу [8]. Основными объектами исследования являлись городские почвы. Почвообразование в районе исследования тесно связано с хозяйственной деятельностью человека и конкретным сочетанием природных факторов почвообразования. Поверхностные слои городских почв чаще всего имеют супесчаный механический состав, они сильно распылены, переслоены глиной, торфом или строительным мусором. Ряд авторов [7, 10] относят почвы в исторической части Архангельска к типичным урбаноземам, а почвы во дворах новостроек, созданные путем смешивания торфа с песком при обустройстве территории, - к реплантоземам. Предметом исследования являлись радиоактивный фон на рассматриваемой территории и удельная активность 137Cs, 40K, 232Th, 226Ra в городских почвах. Аппаратура и методика исследований. В процессе радиологического исследования территории применялись полевые радиометрические методы, в частности пешеходный гамма-метод. Он заключался в точечном измерении γ-излучения на поверхности пород с помощью геологоразведочного сцинтилляци-онного радиометра CTn-88H со сцинтилляционным детектором NaI, который обладает хорошими спектрометрическими свойствами и высокой эффективностью по отношению к гамма-излучению естественных радионуклидов. Всего было сделано 18 000 замеров через 50 м на высоте 15 см от поверхности почвы. Для проверки достоверности полученных результатов были проведены повторные измерения радиоактивного фона в 100 произвольно выбранных точках, которые подтвердили первоначальные данные с погрешностью не более 10 %. В комплексе с пешеходным методом применялся автомобильный вариант гамма-метода, который заключался в непрерывном измерении гамма-активности пород с движущегося автомобиля. В качестве гамма-спектрометрической аппаратуры при выполнении данного метода использовалась мобильная системы радиационного мониторинга RS-700. Система снабжена встроенным приемником GPS, который позволяет точно определить координаты каждого измерения. В системе используется передовая технология DSP (цифровая обработка)/FPGA (программируемая в поле матрица логических элементов). Система RS-700 с усовершенствованным цифровым спектрометром (ADS) представляет собой гамма-спектрометр высокого разрешения (1 024 канала), который может измерять как природные, так и искусственные элементы в реальном времени. В каждом квартале города отбирались точечные пробы из верхнего слоя почвы мощностью 5 см вместе с растительностью. Отбор, хранение и транспортировка проб почв осуществлялись в соответствии с ГОСТ 17.4.4.02-84 [1]. После этого пробу измельчали, засыпали в сосуд Маринелли и взвешивали на электронных весах типа ВЛЭ-1500 с точностью измерения 1 г. Для определения удельной активности радионуклидов почвенный образец помещался в гамма-спектрометр «Прогресс». Методика определения активности гамма-излучающих радионуклидов в счетных образцах основана на регистрации сцинтилляционных спектров гамма-излучения, испускаемого веществом счетного образца, с последующей обработкой на ПЭВМ. Результаты Проведенная автогамма-спектрометрическая съемка улично-дорожной сети показала, что мощность поглощенной дозы излучения на территории центральной части города Архангельска изменяется в широких пределах от 14 до 174 нГр/ч (рис. 1). В ходе уточняющей пешеходной гамма-съемки установлено, что радиоактивный фон колеблется от 5 до 70 имп./ сек. (рис. 2). В каждом квартале города опробовался верхний слой почвы мощностью 5 см вместе с растительностью, объемом воздушно сухой смеси 1 дм3. Установлено, что содержание 137Cs в почвах в целом по Архангельску варьирует в широких пределах - от 2 до 180 Бк/кг, в центральной части города - от 2 до 68 Бк/кг (рис. 3а). Абсолютные значения удельной активности 226Ra в верхнем почвенном горизонте города изменяются от 2 до 90 Бк/кг и от 3 до 30 Бк/кг в центральных его кварталах (рис. 3б). Пространственное распределение 232Th в почвах и грунтах в различных районах города варьирует от 2 до 90 Бк/кг и, в более узком диапазоне, от 3 до 45 Бк/кг в центре города (рис. 3в). Удельное содержание 40K в почвах и грунтах, если брать город в целом, изменяется в широких пределах - от 2 до 2100 Бк/кг, а в центральном районе - от 115 до 789 Бк/кг (рис. 3г). Впервые на территории Архангельска выявлен целый ряд малоинтенсивных локальный аномалий, связанных с повышенной активностью в почве одного или целого комплекса радионуклидов. В результате было выявлено девять аномалий (рис. 4). Средняя 10 Экология человека 2016.05 Окружающая среда Рис. 1. Мощность поглощенной дозы гамма-излучения на территории центральной части г. Архангельска [5] 11 Окружающая среда Экология человека 2016.05 К ^ о I v ί- ' / Н і - * ' ^ у 1 ί* ψ ЯП,. Ч /5 £SÙ\ ... ^ ' 'Л V 25 26 11 / 1 \ .X4' / s 4S» і/ї/ 10 У ■ / · ,< ν·Ν з >■ у *„/ к* v -4 З2·8 / л î 4j)n S - '*^24' . * W-- * ï ' î 1*4 , t ;5 3 v . j V·4 5 F ~Â 4* ï I ■ S 1 1J..* '* 7 " V 4 3·1 20 * Г 1 14'V^i.9 "*/. \1 5 3.8 *- / * - 1 ·“' // ><<v L \ / />* /, 74;" ■“N.Ï 5 ■4 S ». / і/ V в a зо *4i ./ /9 v : 5 > Z4 fï'/ι ï'\ ΊΑ7/ 1.3 10 ^"iU 8\\\ 4 \ - \ v 6" 1·1 " "V ÿ4 ( ’ V--v ï v • Iv ■"'-Л5* 7* S 1.0 ^ 11 ï ? / т ^ - s К 1£uJ5.L / Лч : >Ч4^ ..л, \ v / , \ > Iі y* \\ 3 \ / ' ' 4 s ! λ\\ * "-v / 2J V 1·1' s\\\ ,6 17 »^.чу 1-V ijr*4-· Y> 1· " I i 14 “>"4^/ ,'V / 5^ 2.4 * β * 1.6"4іЛ· 9 7 25 г^Г* « V У 8 ! й Л ’ ’"'"В І ? / V 1·1 ^ Jf s - rf V * -.ft. I * 14.“,',.. ■ Mo’ fv ^ Δ. " i 10 / V 11V · V 18 * '/V’» r' v /7 yv^ ,/i fc·«' V/4 /"V ^ '* / ,/ / / - 409 / A 7^ * 328 <T Ч Λ ✓ /Г 313' 326 v / N . • ЗІЧ s ' * ‘ / 309 ' -, y* ■ 2J1330 s?4V% *=■ 1,3b5^\ 759·;, ^ / 35W\ 144 \ ' \ /. âtfbr** χί^367 522 V ψ^77 2^5 зве 8їГіа^і/яв 4*° 2]5 ЗЬ " ^Д72?/ , 140“ν 347 4|9 ' 248 &04 ^ 4* .. .· ΐ№ . * 1ЯЯ ; 214 Я8 2gi.; «7 ΐ 150 3§3 2§3 /^е2^ ^ j 1^0 ) 25Э 205 zztt * S4№ 2§б 272 223 - і7 Лїп 3Э72*К ' 1Î3 ._Я17/222 7 С /// /’^•"7.1»·'^ \ / ' / г / / ч%; ' 314-. 296 / /" g '.....hv 3s7„./ ni / 257 v / 5Ç1 ^ Ч* 6^4 г§1 j( 2ίε / В _ а - 137Cs, б - 226Ra, в - 232Th, г - 40K Рис. 3. Пространственное распределение радионуклидов в почвах г. Архангельска 296 ■'S 115 активность по тому или иному показателю зоны превышает общую среднюю активность по тому же показателю в целом по городу. Обсуждение результатов В настоящее время не существует единого опре деления малых доз. Наиболее распространена точка зрения, по которой малыми считаются все дозы менее 1 Гр. В соответствии с другим подходом малые дозы - это дозы в 100 раз превышающие уровень естественного радиоактивного фона [15]. По экспертным оценкам Научной комиссии по действию атомной 12 Экология человека 2016.05 Окружающая среда 1 - радиоактивный фон (от 80 до 110 имп/сек.) 2 - 5 - распределение активности радионуклидов: 2 - 137Cs (> 60 Бк/кг), 3 - 40K (> 1200 Бк/кг), 4 - 226Ra (> 50 Бк/кг), 5 - 232Th (> 55 Бк/кг) Рис. 4. Малоинтенсивные локальные аномалии радиации ООН (НКДАР), для человека граница ма- локальных малоинтенсивных аномалий, в которых лой дозы соответствует 0,02 сГр (или 0,002 Гр) [14]. радиоактивный фон в несколько раз превышает окру-В центральной части города выявлен целый ряд жающий природный фон. Самая крупная аномалия в 13 Окружающая среда Экология человека 2016.05 центре города тянется вдоль набережной Северной Двины, мощность поглощенной дозы гамма-излучения здесь колеблется от 60 до 147 нГр/час. Генезис данной аномалии связан с тем, что при строительстве набережной в качестве строительного материала активно использовался карельский гранит с высоким содержанием естественных радионуклидов - 40K, 226Ra и 232Th. Повышение мощности дозы гамма-излучения относительно природного фона отмечено также в районе Вологодского кладбища, основная причина данной локальной аномалии связана с могильными памятниками, сделанными преимущественно из китайского и карельского гранита. Небольшие по площади аномалии с повышенным радиоактивным фоном фиксируются в исторической части города в районах с каменной дореволюционной застройкой и застройкой 1930-50-х годов. Повышенный радиоактивный фон на данных локальных участках связан с использованием в процессе строительства красного кирпича с высоким содержанием естественных изотопов. По некоторым данным, кирпич был привезен из Голландии для постройки церквей, которые в 20-30-х годах XX века были разобраны, а кирпич повторно использовался для строительства новых зданий. C помощью мобильного комплекса RS-700 выявлены локальные участки с повышенным относительно остальной территорией уровнем радиоактивного фона; площадь таких участков составляет от 5 до 10 м2. Эти локальные повышения фона связаны с нарушением целостности асфальтового покрытия дорог, в результате чего гравийная отсыпка, в основном состоящая из гранитного щебня, выходит на дневную поверхность. Проведенные измерения гравийной отсыпки на гамма-спектрометре «Прогресс» показали относительно высокую удельную активность естественных радионуклидов: 40K, 232Th, 226Ra. Большинство участков с повышенным радиоактивным фоном располагаются в местах, где население проводит относительно короткий промежуток времени, поэтому они являются не опасными для человека. Вероятным источником облучения людей малыми дозами является кирпичная дореволюционная застройка и застройка 1930-50-х годов. Однако чтобы говорить о потенциальном ущербе здоровью, необходимо провести более детальные радиологические исследования внутри жилых помещений и сопоставить полученные результаты со статистическими данными по онкозаболеваемости населения в данных районах. Рассматривая природу формирования малоинтенсивных аномалий на территории Архангельска, следует отметить, что их генезис прежде всего связан с физико-химическими свойствами как радионуклидов, так и городских почв. Так, локальные малоинтенсивные аномалии 137Cs в городской черте территориально приурочены к парковым зонам и к районам, где сохранились торфяные залежи и естественные ненарушенные почвы. Последние по сравнению с городскими почвами характеризуются более плотным сложением и в основном представлены тяжелыми и средними суглинками с хорошо выраженным перегнойно-аккумулятивным горизонтом. Поступая в почву с атмосферными осадками, 137Cs образует прочные химические связи с гумусовыми и фульвокислотами и концентрируется в верхнем пятисантиметровом слое почвы. Такие аномалии обнаружены в верхнем пятисантиметровом слое почв в кварталах с деревянной застройкой, в почвах парков, скверов и насаждений ограниченного пользования. Следует отметить, что некоторые цезиевые аномалии исчезли в связи со строительными работами на данных территориях, в ходе которых произведен снос зеленых насаждений, выторфовка грунта и отсыпка песком территории под строительство. В свою очередь, малоинтенсивные локальные аномалии 232Th и 226Ra в основном приурочены к районам дислокации почв, сильно захламленных строительным мусором. Наличие в почве различного строительного мусора предопределяет химические свойства почвы [6]. Являясь изотопами химических элементов, радионуклиды характеризуются теми же свойствами, что и стабильные изотопы этих элементов. Так, генезис локальных аномалий 226Ra [12] обусловлен присутствием в почве кальция и карбонатов, с которыми он совместно соосаждается. Кальций высвобождается под действием кислотных осадков из различных обломков строительного мусора, цемента, кирпича и прочего, а под действием осадков, обогащенных растворенной углекислотой, в почвах образуются гидрокарбонаты, которые способны изменять реакцию среды почвенного раствора в щелочную сторону, что способствуют аккумуляции радия в верхнем слое почв и формированию локальных радиевых аномалий. Основные крупные аномалии с повышенным удельным содержанием 226Ra в почве обнаружены в кварталах с пятиэтажной кирпичной застройкой, искусственно сформированные почвы в данных районах здесь достаточно сильно загрязнены битым кирпичом и цементом. Высокое усредненное удельное значение 232Th в почвах связано с повышенным содержанием нитратов [13], хлоритов, сульфатов, карбонатов, щелочных металлов, с которыми торий легко вступает в химические реакции, в результате чего образуются двойные соли K2[Th(NO3)6] и Na2[Th(SO4)3], а также смешанные оксиды K2ThO3. Кроме того, накоплению тория способствует его выведение из жидкой фазы путем осаждения Th(OH)4 или гидратированного оксида. Осаждение гидроксида тория происходит в процессе воздействия щелочей на растворы солей тория: Th(NO3)4 + 4NaOH ^ Th(OH)4j + 4NaNO4, что подтверждается работой [16]. Такие ториевые аномалии на территории города Архангельска фиксируются в некоторых кварталах с пятиэтажной застройкой 1960-80-х годов, что связано с высокой степенью загрязнения почвы строительными материалами и большой мощностью песчаной отсыпки, которую делают при строительстве на участках с большой мощностью торфа. 14 Экология человека 2016.05 Окружающая среда Кроме пространственного распределения естественных радионуклидов 232Th и 226Ra мы изучали поведение 40K в городских почвах. Все локальные малоинтенсивные аномалии 40K в пределах города обнаружены на приусадебных огородах в частном секторе, которые используются для выращивания обычных огородных культур (картофеля, капусты, лука, огурцов, моркови и т.д.). Высокая удельная активность калия в почве на данных территориях объясняется тем, что местное население для повышения урожайности активно использует калийные удобрения. Тем же объясняется генезис калийных аномалий на территории бывших огородов и в городских парках в центральной части города. Большинство локальных малоинтенсивных аномалий с повышенными концентрациями радионуклидов в почве зафиксировано в районах, где население находится непродолжительный период времени. Однако на территории города есть аномалии, которые могут представлять потенциальную опасность для здоровья человека. Наиболее негативное воздействие могут оказать цезиевые и калиевые аномалии, которые были обнаружены в некоторых кварталах с деревянной застройкой, где преобладает в основном частное домовладение. Здесь на огородах местные жители выращивают для личного потребления сельскохозяйственную продукцию, которая может быть заражена данными радионуклидами в результате миграции по схеме «почва - растение». Для того чтобы подтвердить или опровергнуть данное утверждение, необходимо в дальнейшем замерить концентрацию этих элементов в сельскохозяйственной продукции и полученные результаты сопоставить с онкозаболеваемостью в данных районах города. Аномалии с повышенным содержанием 223Th и 226Ra в почве в кварталах со старой каменной застройкой действуют на человека опосредованно, повышая общий радиоактивный фон в местах постоянного местожительства. Таким образом, антропогенное воздействие на почвы и физико-химические свойства радионуклидов и почв - это основные факторы, влияющие на пространственное распределение радионуклидов. Генезис всех радиоактивных аномалий в пределах города Архангельска связан с радиоактивностью исходных компонентов строительных материалов. Малоинтенсивные аномалии в основном выявлены в районах, где человек проводит относительно короткий промежуток своей жизни, и ионизирующее облучение не должно оказывать серьезных влияний на организм. Однако для того чтобы говорить о радиационном благополучии населения города Архангельска, необходимо провести дополнительное комплексное изучение радиоактивности внутри жилых домов и полученные результаты сравнить со статистикой онкологических больных в пределах города. Полученные результаты имеют социальное и экологическое значение, так как позволяют прогнозировать дальнейшую миграцию данных радионуклидов под вл

Об авторах

Видас Винанто Кряучюнас

Институт экологических проблем Севера УрО РАН

Email: vidas76@mail.ru
кандидат геологоминералогических наук 163000, г. Архангельск, наб. Северной Двины, д. 23

С А Игловский

Институт экологических проблем Севера УрО РАН

Архангельск

Е В Шахова

Институт экологических проблем Севера УрО РАН

Архангельск

А А Любас

Институт экологических проблем Севера УрО РАН

Архангельск

И А Кузнецова

Институт экологических проблем Севера УрО РАН

Архангельск

Список литературы

Дополнительные файлы