LOW-INTENSITY RADIOACTIVE ANOMALIES IN ARKHANGELSK CITY

Full Text

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

About the authors

V V Kriauchiunas

Institute of Environmental Problems of the North UB RAS

Email: vidas76@mail.ru

S A Iglovsky

Institute of Environmental Problems of the North UB RAS

E V Shakhova

Institute of Environmental Problems of the North UB RAS

A A Liubas

Institute of Environmental Problems of the North UB RAS

I A Kuznetsova

Institute of Environmental Problems of the North UB RAS

References

Supplementary files