Радиохимия, 2019, т. 61, N 1, c. 84-88

¹³⁷Cs в донных отложениях олиготрофных озер: механизм миграции

Арктический и антарктический научно-исследовательский институт,

199397, Санкт-Петербург, ул. Беринга, д. 38, * e-mail: s.pravkin @aari.ru

Получена 22.12.2017, после доработки 04.04.2018, принята к публикации 05.04.2018

УДК 546.36.02.137

Изучена 5-17-летняя миграция ¹³⁷Cs в донных отложениях (ДО) 5 олиготрофных озер, находящихся

на следе выпадений «чернобыльского» ¹³⁷Cs. Результаты послойного анализа уровней ¹³⁷Cs в кернах ДО

стали объектом исследования, позволившего определить механизм миграции ¹³⁷Cs и численные харак-

теристики его переноса в толщу ДО водоемов низкой трофии. Экспоненциальное снижение концентра-

ции ¹³⁷Cs от поверхности керна в глубину ДО оценено слоем полупотерь h. Слой h «чернобыльского»

¹³⁷Cs составил для ДО олиготрофных озер 1.2-2.3 см. Перенос ¹³⁷Cs в ДО олиготрофных озер осуществ-

лялся по механизму диффузии. Коэффициенты диффузии (D) «чернобыльского» ¹³⁷Cs в колонках ДО

озер составили (2.0-4.7)·10^-8 см²/с. Коэффициенты диффузии при миграции ¹³⁷Cs увеличивались от при-

поверхностного слоя донных отложений (~0-2 см) в глубь донного грунта в диапазоне n·(10^-9-10^-8) см²/с.

Численные характеристики миграции ¹³⁷Cs (h и D) относятся к ДО олиготрофных озер, в которых поток

седиментов на дно водоемов не превышал 1.8 мм/год. В оз. Суходольское при седиментации 6 мм/год и

экспозиции радионуклида 31 год толща ДО загрязнялась ¹³⁷Cs по смешанному механизму - диффузии с

места первичного накопления и седиментации взвесей с ¹³⁷Cs.

Ключевые слова: цезий-137, озеро, донные отложения, миграция, диффузия.

DOI: 10.1134/S0033831119010131

Глубокие олиготрофные озера высоких широт

ния уровней ¹³⁷Cs в профиле донных отложений

северного полушария являются важным ресурсом

озер, отражавших кратковременную (5-6 лет) или

пресных вод питьевого и промышленного назначе-

более длительную его миграцию в грунтах водо-

ния. Длительное время возможность их загрязнения

емов.

долгоживущими искусственными радионуклидами

Источником загрязнения озер стали повсемест-

(ИРН) считалась маловероятной в согласии с общей

ные выпадения ¹³⁷Cs из атмосферы в 1961-1964 гг.,

концепцией безопасной работы эксплуатируемых

сформировавшие его техногенный фон на поверхно-

реакторов АЭС [1]. Однако изменения в оценке ве-

сти Земли, и более поздние его выпадения в 1986 г.

роятности таких событий способствовали проведе-

после аварии на ЧАЭС. До этой аварии кумулятив-

нию исследований гипотетического переноса ИРН

ный запас ¹³⁷Cs в почвах водосборов пояса 60-

от аварийных реакторов АЭС на территории сканди-

70° с.ш. не превышал 1.7 кБк/м². Этот уровень в

навских и сопредельных с ними стран [2]. Из-за вы-

1986 г. был локально превышен выпадениями ¹³⁷Cs

сокой чувствительность водоемов Севера к фактору

до 65-130 кБк/м2 на территорию скандинавских

загрязнения ИРН [3-5] сохраняется актуальность

стран [5-7]. До настоящего времени крайняя ограни-

радиоэкологических исследований их миграции в

ченность данных, характеризующих загрязнение

олиготрофных озерах как объектах с низкой устой-

¹³⁷Cs вод и грунтов дна глубоких олиготрофных

чивостью к загрязнению ИРН. Для таких водоемов

озер, затрудняет оценки состояния кумулятивных

потребность в радиологических прогнозах особенно

запасов ¹³⁷Cs в таких водоемах и скорости естествен-

велика из-за высокого накопления радионуклидов

ного очищения их с течением времени. Спустя 1.5-

⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs в пресноводной рыбе - важном пищевом

2 года после выпадения ¹³⁷Cs на поверхность озер

продукте коренных жителей Севера [3, 4].

радионуклид почти количественно (93-98%) мигри-

Задача исследования сводилась к изучению ми-

рует в донные отложения из-за высоких коэффици-

грации ¹³⁷Cs в ДО олиготрофных озер и определе-

ентов распределения (K_d) ¹³⁷Cs в системе вода-дно

нию численных характеристик этого процесса по

(10³-10⁵ л/кг). Кумулятивный запас ¹³⁷Cs на дне ста-

данным наблюдений за послойным распределением

новится источником поддержания загрязнения озер-

¹³⁷Cs в колонках ДО водоемов с низкой трофией и

ных вод и водоемов, сопряженных по стоку.

невысокой скоростью отложения седиментов.

Экспериментальная часть

Объектами исследования являлись уровни ¹³⁷Cs в

донных отложениях олиготрофных озер и процессы,

Для изучения миграции ¹³⁷Cs в донных отложе-

влияющие на миграцию ¹³⁷Cs в толщу донных отло-

ниях водоемов была сформирована выборка из 6

жений. Глубокие и большие озера субарктических

олиготрофных озер Скандинавского п-ова и Карель-

районов России, Финляндии, Швеции и Канады от-

ского перешейка, в которых проводили послойные

носятся к олиготрофным водоемам. Методология

определения ¹³⁷Cs в колонках донных грунтов (см.

исследования основывалась на изучении распределе-

таблицу). В таблице приведены координаты озер,

¹³⁷Cs в донных отложениях олиготрофных озер

Характеристики озер и показатели миграции ¹³⁷Cs: слой полупотерь h ¹³⁷Cs и коэффициент диффузии

Глубина озера,

Обмен

Глубина

¹³⁷Cs, слой h,

D ¹³⁷Cs,

Озеро, координата, ссылка

макс/Нср, м

вод, лет

станции, м

см

см²/с, ·10⁸

Ставсватн, 59°38' с.ш., 8°07' в.д. [8]

17/6.2

1.1

2.1

4.7 ± 4.5

О. Неадалсватн, 62°46' с.ш., 09°0' в.д. [8]

18/3.9

0.6

1.2

2.5 ± 2.3

Вехкаярви, 61°28' с.ш., 26°55' в.д. [9]:

20/12

8.0

cтанция 1

2.1

3.9 ± 2.9

cтанция 2

1.5

3.5 ± 2.5

Сииккаярви [9]:

22/5

1.4

станция 1

2.3

2.0 ± 1.1

станция 2

1.5

3.9 ± 3.1

Ладожское оз.:^а

230/47

станция 55, 60°47' с.ш., 31°32' в.д. [10]

1.2

0.4

станция 56, 60°47' с.ш., 31°32' в.д. [10]

1.2

0.6

Суходольское оз., 60°41' с.ш., 30°03' в.д.

17/4

<0.1

3.3

5.7 ± 1.2

^а Коэффициент диффузии ¹³⁷Cs для Ладожского оз. приведен для слоя 0-2 см.

характеристики их свойств и результаты наших рас-

Изменение концентраций ¹³⁷Cs в слоях ДО (рис. 1,

четов миграции ¹³⁷Cs. При повышенном выпадении

2) аппроксимировано экспоненциальной функцией с

«чернобыльского» ¹³⁷Cs на озера (56-130 кБк/м²)

целью количественной оценки его миграции

вклад глобального ¹³⁷Cs (1.7 кБк/м²) в загрязнение

C_i = C₀exp(-0.693i/h),

(1)

водоемов становится незначительным. Поэтому при

где C_i - концентрация ¹³⁷Cs в слое i, Бк/кг; i - расстоя-

анализе распределения ¹³⁷Cs в профиле ДО таких

ние до поверхности керна, см; C₀ - концентрации

озер следовым количеством глобального ¹³⁷Cs мож-

¹³⁷Cs в верхнем слое ДО, Бк/кг; h - слой ДО, в кото-

но было пренебречь. Результаты наблюдений за

ром концентрация ¹³⁷Cs снижается в два раза (слой

¹³⁷Cs в ДО [6, 8-10] использовались в расчетах пока-

полупотерь), см. Результаты определений h приведе-

зателей миграции для установления количествен-

ны в таблице. Из-за высокой корреляции (R = 0.95)

ных характеристик этого процесса. Работы [8, 9],

между уровнями ¹³⁷Cs в профиле ДО и глубиной

привлекаемые нами при изучении механизма мигра-

грунта результаты расчета по уравнению (1) удовле-

ции ¹³⁷Cs в олиготрофных озерах, ограничивались

творительно согласовывались с опытом. Численные

мониторингом содержания ¹³⁷Cs в ДО озер, в них не

рассчитывали коэффициенты диффузии ¹³⁷Cs в ДО

и не оценивали скорость очищения ДО от ¹³⁷Cs. В

наших исследованиях колонки ДО отбирали пробо-

отборником фирмы UWITEC (Австрия) диаметром

60 мм. Образцы кернов с Ладожского оз. разделяли

на слои 0-2 см [10]. В работах [6, 9] профиль дон-

ных отложений с озер Финляндии разделяли на

слои 0-2 см. В донных отложениях из озер Норве-

гии шаг послойного разделения колонок был более

подробным и неравномерным [8]. ¹³⁷Cs в образцах

ДО определяли методом γ-спектрометрии [10, 11].

Минимальная детектируемая радиоактивность пре-

Рис. 1. Профиль 5-летней миграции «чернобыльского» ¹³⁷Cs в

паратов ¹³⁷Cs составила 0.2 Бк/проба, а относитель-

ДО озер [8]. 1 - оз. Ставсватн, 2 - оз. О. Неадалсватн.

ная ошибка их измерений не превышала 30%.

Результаты и обсуждение

При низкой седиментации (<1-2 мм/год), свойст-

венной олиготрофным озерам, и высоких коэффици-

ентах распределения K_d ¹³⁷Cs в системе вода-донные

отложения (10³-10⁵ л/кг) его накопление в грунтах

дна на длительное время определяет загрязнение во-

доема. Миграция ¹³⁷Cs прослеживалась в толще ДО

озер (рис. 1, 2) на глубину 11 и 16 см. Тренд «чер-

нобыльского» ¹³⁷Cs в профиле ДО отражает умень-

Рис. 2. Профиль 12-летней миграции «чернобыльского» ¹³⁷Cs в

шение концентрации от поверхностных слоев грунта

ДО озер [9]. 1 - оз. Сииккаярви, станция 1; 2 - оз. Вехкаярви,

к глубже лежащим слоям.

станция 1.

Н. А. Бакунов и др.

значения C₀ и h для отдельных озер приведены ниже.

Для озера альпийского типа Ставсватн (Stavsvatn)

[8] значение С₀ равно 1328.8 Бк/кг сухой массы. Слой

h составил 2.1 см. Значения С₀ и h для озера О. Не-

адалсватн (O. Neadalsvatn) равны 1244 Бк/кг и 1.2 см

соответственно. Усредненное значение h для этих

озер 1.7 ± 0.6 см. По показателю h озера различались

в ~1.7 раза. За 5 лет экспозиции ¹³⁷Cs (1986-1991 гг.) в

ДО озер альпийского типа проявились различия в

скорости его миграции в толщу донных отложений.

Рис. 3. Профиль ¹³⁷Cs в донных отложениях Ладожского оз.

Станция: 1 - 56, 2 - 55.

При большей средней глубине и времени обмена вод

(см. таблицу) оз. Ставсватн характеризовалось более

составляло 14000-20000 Бк/кг сухой массы, то в ДО

медленной миграцией ¹³⁷Cs в толщу донных отложе-

Ладожского оз. оно не превышало 200 Бк/кг [10]. На

ний, чем оз. О. Неадалсватн. Породы берегов этих

рис. 3 представлен тренд снижения ¹³⁷Cs в профиле

озер - граниты и гнейсы [8] - устойчивы к выветрива-

ДО Ладожского оз. Пробы ДО (2008 г.) взяты из рав-

нию. Поэтому поступление в водоемы продуктов эро-

нинного участка дна центрального района водоема с

зии берегов было крайне низким и не могло вносить

глубины 67 м. В ДО станций 55 и 56 следовые коли-

значительного вклада в поглощение из воды ¹³⁷Cs

чества ¹³⁷Cs в количестве 3 Бк/кг прослеживались до

терригенной взвесью. В финских озерах [9] Вехкаяр-

глубины 8-10 см [10]. В профиле ДО Ладоги (рис. 3)

ви (Vehkajärvi) и Сииккаярви (Siikkajärvi) отбор ДО

сохранялась ранее наблюдаемая тенденция (рис. 1, 2)

проводили на станциях, различающихся глубинами 7,

уменьшения содержания ¹³⁷Cs от поверхности к ниж-

15 и 5, 11 м соответственно. Озера Вехкаярви и Сиик-

ним слоям колонки донного грунта. Слой полупотерь

каярви характеризовались низкой седиментацией -

h ¹³⁷Cs (станции 55 и 56) составил 1.2 см. На глубоких

0.6 и 1.8 мм/год соответственно [6]. Концентрации

станциях при низкой температуре дна

3.5-4.0°С

¹³⁷Cs в ДО понижались от верхних слоев колонки к

уменьшается скорость диффузии ¹³⁷Cs в донных от-

нижним слоям (рис. 2). Для озера Вехкаярви парамет-

ложениях. В опытах работы [14] с уменьшением тем-

ры уравнения (1) (станция 1, Н = 15 м) составили С₀ =

пературы дна на 10°С коэффициенты диффузии ¹³⁷Cs

13572 Бк/кг сухой массы и h = 2.1 см. Для станции 2

уменьшались в 2-2.5 раза. Низкие температуры спо-

(Н = 7 м) С₀ = 35000 Бк/кг сухой массы и h = 1.5 см.

собствовали сохранению загрязнения верхнего слоя

Среднее значение h для двух станций равно 1.8 ± 0.4

донных отложений Ладоги цезием-137. Поэтому в

см. Для проб ДО, отобранных с глубин 5 и 11 м в оз.

профиле ДО (рис. 3) основной запас ¹³⁷Cs приходится

Сииккаярви, показатель h составил 2.3 и 1.5 см при

на приповерхностный слой 0-4 см. Вид профиля ¹³⁷Cs

среднем 1.90 ± 0.6 см. Несмотря на значительное раз-

в ДО олиготрофных озер (рис. 1-3) и наличие гради-

личие в морфогидрологических характеристиках оз.

ента концентрации между слоями ДО позволяли до-

Вехкаярви и Сииккаярви (см. таблицу), миграция ¹³⁷Cs

пустить, что ведущим механизмом миграции ¹³⁷Cs в

в толщу ДО этих водоемов осуществлялась с неболь-

толщу ДО является диффузия. В однородной среде

шим различием в скорости: показатель h изменялся в

поток диффундирующих ионов подчиняется распре-

узких пределах. В то же время в оз. Сииккаярви с пе-

делению Гаусса [15, 16]. Расчет коэффициента диф-

реходом от бентали водоема (Н = 11 м) к его литора-

фузии D [16] в донных отложениях озер выполнен с

ли величина h уменьшилась с 2.30 до 1.5 см. От глу-

использованием выражения

боководных районов озер к мелководью содержание

D = b/[(lnε)·4t],

(2)

наиболее тонких гранулометрических частиц ила,

глины в ДО снижается, а более грубых - возрастает

где b = x₂ - x₂; ε = С₁/С₂; D - коэффициент диффузии,

[10]. Для ДО оз. Вехкаярви и Сииккаярви наблюдается

см²/с; х₁ и х₂ - произвольно взятые слои профиля

лишь тенденция увеличения слоя полупотерь h с по-

концентраций ¹³⁷Cs с отметкой слоя, см; С₁ и С₂ -

вышением средних глубин водоемов и времени обме-

концентрации ¹³⁷Cs, соответствующие слоям х₁ и х₂;

на вод. В целом глубина миграции ¹³⁷Cs в ДО озер

t - время миграции, с.

ограничилась слоями 14-16 и 16-18 см. Загрязнение

Значение коэффициента диффузии (см. таблицу)

дна финских озер [6] «чернобыльским» ¹³⁷Cs сложи-

выше для оз. Ставсватн, чем для оз. О. Неадалсватн.

лось при выпадении на побережье 51 и 59 кБк/м². На

По-видимому, в оз. Ставсватн в условиях замедленно-

юге Карельского перешейка в пункте Зеленогорск

го обмена вод свойства грунтов могли отличаться от

выпадения ¹³⁷Cs не превышали 5.4 кБк/м² [12, 13]. Из-

таковых оз. О. Неадалсватн. Кроме температуры на

за большего выпадения ¹³⁷Cs на финские озера, чем

диффузию ¹³⁷Cs влияют дисперсность грунта и влаж-

на Ладогу, уровни ¹³⁷Cs в поверхностном слое ДО

ность [14-16]. Сведений об этих характеристиках дон-

сильно различались. Если в поверхностном слое (0-2

ных отложений в работе [8] нет. Априори можно ут-

см) ДО оз. Вехкаярви [9] содержание ¹³⁷Cs в 2003 г.

верждать, что в озере с более быстрым обменом вод

¹³⁷Cs в донных отложениях олиготрофных озер

есть условия к большей потере тонкодисперсных

зок к таковому для донных отложений оз. О. Неадал-

фракций седиментов и обеднению ими грунтов озер-

сватн (рис. 1, 3).

ной котловины.

Диффузия ¹³⁷Cs в верхнем слое ДО изучаемых

Многолетняя (1986-2002 гг.) диффузия ¹³⁷Cs в

олиготрофных озер протекала в окислительных ус-

ДО оз. Вехкаярви и Сииккаярви характеризовалась

ловиях среды. В ДО Ладоги [17] для 6 колонок из 8

близкими значениями D (см. таблицу). Расчеты ко-

отметка положения редокс-потенциала приходилась

эффициентов диффузии ¹³⁷Cs показали, что коэффи-

на слой 6-7 см. Смена в ДО олиготрофных озер

циенты увеличиваются от поверхностного слоя ко-

окислительных условий на восстановительные не

лонки (~0-2 см) к нижележащим слоям от n·10^-9 до

влияла на миграцию ¹³⁷Cs. Тренд уровней ¹³⁷Cs в ДО

n·10^-8 см²/с. Ранее [14] увеличение коэффициента D

озер (рис. 1-3) не нарушался по мере миграции ¹³⁷Cs

с глубиной слоев ДО отмечались в мелководных

в толщу донного грунта.

(Н = 2 м) эвтрофных озерах южного Урала. Коэффи-

В оз. Вехкаярви и Сииккаярви, обладающих низ-

циент диффузии ¹³⁷Cs в ДО оз. Вехкаярви (станция

ким накоплением осадков (≤1.8 мм/год), «черно-

1) изменялся от 0.8·10^-8 до 9.2·10^-8 см²/с при среднем

быльский» ¹³⁷Cs в течение 17 лет мигрировал в ДО

(3.9 ± 2.9)·10^-8 см²/с. Для станции 2 этого озера коэф-

водоемов по механизму диффузии. Для озер с боль-

фициент D составил (3.5 ± 2.5)·10^-8 см²/с.

шей седиментацией взвесей и более длительной экс-

В ДО оз. Сииккаярви (станция 1) интервал D со-

позицией ¹³⁷Cs в водоеме допускалось наличие сме-

ставил 0.7·10-8-4.9·10-8 см2/с при среднем

(2.0

шанного механизма загрязнения толщи ДО. С увели-

1.1)·10^-8 см²/с. Среднее значение D для двух станций

чением времени экспозиции ¹³⁷Cs в водоемах над

равно (3.0 ± 1.3)·10^-8 см²/с. В опытах с донными от-

слоем первоначального накопления

«чернобыль-

ложениями [14] и почвами [15] коэффициенты диф-

ского» ¹³⁷Cs формируется слой с низким содержани-

фузии ¹³⁷Cs возрастали с увеличением влажности

ем ¹³⁷Cs. Такой слой образуется за счет естественно-

образцов. Коэффициент диффузии ¹³⁷Cs при влажно-

го поступления седиментов с ¹³⁷Cs и сорбции радио-

сти почвы 40% достигал 0.5·10^-7 см²/с [15].

нуклида из воды грунтами дна.

Ситуация с загрязнением дна Ладожского оз.

Влияние длительной экспозиции (31 год) «чер-

¹³⁷Cs принципиально отличается от таковой для

нобыльского» ¹³⁷Cs в водоеме на загрязнение его дна

финских и норвежских озер. В них уровень глобаль-

изучалось на примере оз. Суходольского (60°41'

ного ¹³⁷Cs был незначительным и не влиял на расчет

с.ш., 30°03' в.д.), расположенного на Карельском

коэффициента диффузии с помощью выражения (2).

перешейке. Колонка ДО взята с глубины 8 м, на ко-

Уровни выпадения глобального и «чернобыльского»

торую приходится значительная площадь дна озер-

¹³⁷Cs на Ладожское оз. находились в соотношении,

ной котловины. Оз. Суходольское площадью 44.4 км²

близком к 1 : 1 [13]. Между датами поступления ра-

питается водами р. Вуокса и имеет сток по р. Бурная.

дионуклидов водоем разрыв составляет 22 года. Ком-

На рис. 4 представлены наши результаты послойно-

бинированное загрязнение ¹³⁷Cs озера и неодинаковое

го определения ¹³⁷Cs в колонке ДО. Колонку ДО, за

время поступления радионуклидов в водоем не по-

исключением верхнего слоя грунта (0-2 см), разде-

зволяют корректно определить коэффициент диффу-

ляли на секции с шагом 0-3 см. Определяли массу

зии для всего профиля ДО по формуле (2). Однако

каждого слоя. Результаты измерений препаратов

для слоя ДО (0-2 см) приближенная оценка D

¹³⁷Cs на рис. 4 даны в расчете на сухую массу слоя.

«чернобыльского» ¹³⁷Cs возможна на основе следую-

Профиль уровней ¹³⁷Cs в ДО оз. Суходольского от-

щих допущений. За 44 года (1964-2008 гг.) часть гло-

личается от таковых на рис. 1-3 наличием двух мак-

бального ¹³⁷Cs в слое 0-2 см распалась, часть мигри-

симумов концентрации ¹³⁷Cs на отметках середины

ровала за пределы слоя. Кроме того, сам слой сфор-

слоев 18.5 и 30.5 см соответственно. Первый пик

мировался за счет седиментов (~0.5 мм/год), когда

относится к выпадениям «чернобыльского» ¹³⁷Cs на

уровни глобального ¹³⁷Cs в воде были низкими. По-

водоем в 1986 г. При экспозиции 31 год скорость

этому можно допустить, что в поверхностном слое

седиментации составила 0.6 см/год. Второй пик ¹³⁷Cs

0-2 см преимущественно находится «чернобыль-

на отметке 30.5 см связан с поступлением в озеро

ский» ¹³⁷Cs. Для станции 55 (Н = 67 м) в слоях ДО 0-

глобального радионуклида в 1961-1964 гг. Седимен-

2 и 2-4 см уровни ¹³⁷Cs составили 177 и 90 Бк/кг [10].

тация, оцениваемая по глобальному ¹³⁷Cs, составила

В расчете по уравнению (1) отметки глубины слоев

0.58 см/год при времени экспозиции 53 года. Рас-

взяты как 1 и 3 см. По расчету коэффициент D «чер-

стояние между пиками ¹³⁷Cs разного генезиса соста-

нобыльского» ¹³⁷Cs равен 4.3·10^-9 см²/с. Для станции

вило 12 см. Высота пика (рис. 4) «чернобыльского»

56 при содержании ¹³⁷Cs в упомянутых слоях 190 и

¹³⁷Cs в ~3 раза выше глобального радионуклида.

111 Бк/кг соответственно D = 5.9·10^-9 см²/с. Эти зна-

Введение поправки на распад глобального ¹³⁷Cs к

чения коэффициента диффузии близки к таковым

дате наблюдений за «чернобыльским» радионукли-

(n·10^-9 см²/с) для поверхностного слоя озер Вехкаяр-

дом (2017 г.) уменьшает величину соотношения до

ви и Сииккаярви. В целом вид тренда уровней ¹³⁷Cs

1.3 раза. Большее выпадение на водосбор оз. Сухо-

в ДО Ладоги, взятых с глубины 67 м, наиболее бли-

дольского «чернобыльского» ¹³⁷Cs по сравнению с

Н. А. Бакунов и др.

коэффициентами от n·10^-9 до n·10^-8 см²/с при средних

значениях (2-4)·10^-8 см²/с. В озерах с низкой седимен-

тацией (≤1.8 мм/год) изменения содержания ¹³⁷Cs в

донных отложений оценивались слоем полупотерь h

(см), в котором содержание ¹³⁷Cs снижалась в два

раза. Миграция ¹³⁷Cs в ДО озер на глубину 14-16 см

характеризовалась слоем полупотерь h от 1.2 до 2.3 см.

Для алевритовых илов с Ладожского озера, взятых с

глубины 67 м, слой полупотерь h составил 1.2 см.

Низкие температуры придонных вод бентали озера и

Рис. 4. Профиль ¹³⁷Cs в донных отложениях Суходольского оз.

грунтов дна снижали скорость миграции ¹³⁷Cs. Про-

филь ДО 4 олиготрофных озер с «чернобыльским»

глобальным отразилось на величине отношения ра-

¹³⁷Cs не содержал подповерхностного максимума его

дионуклидов в грунтах дна. Отсутствие пика «чер-

концентрации при времени миграции в водоемах 5 и

нобыльского» ¹³⁷Cs в профиле ДО олиготрофных

12 лет. При экспозиции 31 год ¹³⁷Cs в оз. Суходоль-

озер (рис. 1-3) обусловлено медленной диффузией

ское и повышенной седиментации (0.6 см/год) в про-

радионуклида, низким седиментогенезом (≤1.8 мм/

филе ДО озера на отметках 18.5 и 30.5 см наблюда-

год) и короткой (5, 17 лет) экспозицией в водоемах.

лись пики концентрации «чернобыльского» и гло-

В ДО оз. Суходольского профиль концентраций

бального ¹³⁷Cs соответственно. Характеристики ми-

¹³⁷Cs асимметричен из-за продолжающегося поступ-

грации ¹³⁷Cs - слой полупотерь h и коэффициент диф-

ления на дно водоема седиментов с низким содержа-

фузии D - можно использовать в оценках очищения

нием ¹³⁷Cs. Их в озеро поставляют воды р. Вуокса и

донных отложений олиготрофных озер в ситуации с

поверхностный сток. Приближенно вклад седиментов

поступлением ¹³⁷Cs в водоемы воздушным путем.

в загрязнение дна «чернобыльским» ¹³⁷Cs можно оце-

нить по допущению ведущей роли диффузии в фор-

Список литературы

мировании уровней ¹³⁷Cs в ДО водоема. На миграцию

[1] Маргулис У. Я. Атомная энергия и радиационная безопас-

«чернобыльского» ¹³⁷Cs по диффузионному механиз-

ность. М.: Энергоатомиздат, 1983. 160 с.

[2] Mahura A., Baklanov A., Rigina O. Y. et al. // 5th Int. Conf.

му указывает наличие градиента концентрации в вос-

on Environmental Radioactivity in the Arctic and Antarctic.

ходящем и нисходящем направлениях от слоя (17-

St. Petersburg, 2002. P. 119-123.

20 см) максимального содержания ¹³⁷Cs. Потоку диф-

[3] Бакунов Н. А., Саватюгин Л. М., Фролов И. Е. // Арктика:

фундирующих ионов свойственно распределение Га-

экология и экономика. 2011. N 1. С. 82-93.

усса. Поэтому левая (восходящая) ветвь будет удалена

[4] Saxen R., Koskelainen U. Radioactivity of Surface Water and

Freshwater Fish in Finland in 1988-1990: Suppl. 6 to Annual

от моды распределения (слой 17-20 см) на такое же

Report STUK-A94.

расстояние, как и нисходящая правая. Ее ожидаемое

[5] АМАР Assessment 2009: Radioactivity in the Arctic. Oslo,

положение относительно моды распределения на

2010. Р. 35-38.

рис. 4 обозначено пунктиром. Область переноса ¹³⁷Cs

[6] Ilus E., Saxen R. // J. Environ. Radioact. 2005. Vol. 82.

P. 199-221.

в ДО по механизму диффузии занимает лишь часть

[7] Brittain J. E., Borgstrom R. // Hydrobiologia. 2010. Vol. 642.

общего поля миграции. Тогда по разности вклад седи-

P. 5-15.

ментов в загрязнение дна «чернобыльским» ¹³⁷Cs ра-

[8] Wathne B. M., Patrick S. T., Monteith D., Barth H. Acidification

вен 43%. По теоретическим оценкам [18], при коэф-

of Mountain Lakes: Palaeolimnology and Ecology (AL:PE 1

Report). Eur. Commission Report EUR 16129 EN. 1995.

фициенте диффузии примеси 0.75·10^-7 см²/с и скоро-

[9] Saxen R., Ilus E. // Sci. Total Environ. 2008. Vol. 394. P. 349-360.

сти седиментации ≥1.0 см/год осаждение взвесей в

[10] Большиянов Д. Ю., Бакунов Н. А., Макаров А. С. // Лито-

водоеме становится ведущим механизмом очищения

логия и полезные ископаемые. 2014. N 2. С. 178-185.

вод и загрязнения дна. Для оз. Суходольского при се-

[11] Бакунов Н. А., Большиянов Д. Ю., Макаров А. С. // Радио-

химия. 2017. Т. 59, N 5. С. 475-480.

диментации 0.6 см/год наличие смешанного механиз-

[12] Бакунов Н. А., Большиянов Д. Ю., Макаров А. С. // Вод.

ма загрязнения дна водоема «чернобыльским» ¹³⁷Cs

ресурсы. 2012. Т. 39, N 5. С. 521-529.

является ожидаемым, так как в озеро поступают взве-

[13] Гритченко З. Г., Иванова Л. М., Тишков В. П., Цвет-

си с водами р. Вуоксы и продуктами абразии берегов.

ков О. С. // Радиохимия. 2001. Т. 43, N 3. С. 281-284.

[14] Сафронова Н. Г., Питкянен Г. Б., Погодин Р. И. // Проб-

Таким образом, нами изучена миграция ¹³⁷Cs в тол-

лемы радиоэкологии водоемов-охладителей атомных элек-

щу донных отложений (ДО) олиготрофных озер Скан-

тростанций. Свердловск: УрО АН СССР, 1978. С. 95-98.

динавского п-ова и Карельского перешейка со средни-

[15] Прохоров В. М. Миграция радиоактивных загрязнений в

почвах. Физико-химические механизмы и моделирование.

ми глубинами от 3.9 до 47 м в целях определения ско-

М.: Энергоиздат, 1981. 96 с.

рости очищения ДО от ¹³⁷Cs и выяснения механизма

[16] Поляков Ю. А. Радиоэкология и дезактивация почв. М.:

его миграции. Уровни ¹³⁷Cs в профиле ДО олиготроф-

Атомиздат, 1970. 304 с.

[17] Семенович Н. И. Донные отложения Ладожского озера.

ных озер постепенно снижались от поверхностных

М.; Л., Наука, 1966. 124 с.

слоев грунта в толщу отложений. ¹³⁷Cs мигрировал в

[18] Сухоручкин А. К. // Метеорология и гидрология. 1985.

ДО озер в течение 5-17 лет по механизму диффузии с

N 7. С. 76-81.