Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2020, T. 493, № 2, стр. 83-87

ВВЕДЕНИЕ

Благодаря развитой речной системе в донных отложениях Азовского моря накапливается больше техногенных радиоизотопов, чем в осадках других морей [1–3]. Очевидна необходимость сравнительного анализа радиационного состояния арктических и аридных морей. С 1997 г. ММБИ и ЮНЦ проводят совместный экосистемный мониторинг. В настоящей работе проанализирован новый материал по морской взвеси и донным отложениям Азовского моря (рис. 1, 2; табл. 1).

Рис. 1.

Содержание ¹³⁷Cs и взвеси в воде Азовского моря (июль 2019 г.).

Рис. 2.

Удельная и объемная активность ¹³⁷Cs в донных отложениях и воде Азовского моря.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Новые данные о загрязнении донных отложений, содержании взвеси и концентрации ¹³⁷Cs в морской среде получены в экспедиции на судне “Денеб” в июле 2019 г. Донные осадки (слой 0–3 см) отобраны с помощью дночерпателя Ван-Вина и грунтовой трубки на глубинах от 5 до 13 м (рис. 1, 2; табл. 1). В пробах воды активность радиоизотопов цезия определена методом концентрирования на целлюлозном неорганическом сорбенте “Анфеж” (объем пробы 100 л). Измерения активности ¹³⁷Cs в пробах сорбента и донного осадка выполнены на спектрометрах гамма-излучения InSpector-2000 (“Canberra Industries, Inc.”, США). Спектры проанализированы с помощью программного обеспечения Genie-2000. Удельная активность ¹³⁷Cs в донных отложениях приведена на единицу сухой массы пробы.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Специфика осадконакопления в том, что терригенный и антропогенный материал оседает на внутриматериковом Азовском шельфе. Поток взвешенного материала направлен в сторону аккумулятивной равнины Панова. В июле 2019 г. максимальная концентрация взвешенного вещества в поверхностном и придонном слоях воды зафиксирована на востоке Таганрогского залива (рис. 1). От донского взморья до гряды Песчаного острова отмечена мутность воды от 53.1/48.1 мг/л до 2.8/21.4 мг/л (на поверхности и у дна) и низкая (1–4 Бк/м³) объемная активность цезия-137 (табл. 1, рис. 1). Мутность воды на взморье во время паводка достигает более 100 мг/л, а в остальное время года – 20–50 мг/л [4]. Ранее в Таганрогском заливе объемная активность ¹³⁷Cs не превышала 5 Бк/м³, а в дельте р. Дон регистрировались еще более низкие значения ¹³⁷Cs – до 2 Бк/м³ [1].

В период штормовых волн происходит взмучивание илов с поверхности дна и обогащение взвеси. В июле 2019 г. содержание взвеси от поверхности до морского дна варьирует от 2.5–5 до 12 мл/г. В открытом море поверхностные воды содержали ¹³⁷Сs от 5 до 6 Бк/м³ (рис. 1). Ближе к абразионным берегам концентрация ¹³⁷Cs в воде колебалась в пределах 1.0–7.2 Бк/м³.

После аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 г. и выбросов в атмосферу радиоактивной пыли в донных отложениях Азовского моря были зафиксированы ¹³⁷Cs, ⁹⁰Sr, и ^239,240Pu [1]. Во второй половине 1986 г. в прибрежье Таганрогского залива регистрировалось от 2 до 60 Бк/кг ¹³⁷Cs. Следующие два года характеризовались более высоким содержанием ¹³⁷Cs в донных отложениях, которое варьировало от 22.2 до 264 Бк/кг [1–3]. В 2001–2004 гг. в заливе концентрация ¹³⁷Cs мозаично изменялась в широком диапазоне от 0.4 до 80 Бк/кг. В донных отложениях с преобладанием пелита (93–95%) концентрация ¹³⁷Cs была 75–85 Бк/кг.

В современном слое отложений (2019 г.) прибрежья, до глубин 4–7 м (рис. 2), содержится ¹³⁷Cs от 10–30 Бк/кг и до 45 Бк/кг. Процесс накопления радиоактивных веществ в Таганрогском заливе и Донском взморье происходит в условиях смешения речной воды с черноморской. Соленость воды изменяется от 0.15–5.0⁰/₀₀ в Таганрогском заливе до 9–11⁰/₀₀ на выходе в открытое море. В 2019 г. вдоль осевой ложбины Таганрогского залива в глинистых илах скапливался до 30–45 Бк/кг радиоцезия. После Чернобыльской аварии здесь же мелкоалевритовые илы накапливали ¹³⁷Cs от 30–60 до 100 Бк/кг [1, 2].

После аварии на Чернобыльской АЭС на аккумулятивной равнине Панова с площадью ~25 тыс. км² отмечалась самая высокая концентрация ¹³⁷Cs (до 80 Бк/кг) [1]. В 2019 г. его максимальная удельная активность (50–65 Бк/кг) выявлена в глинистых и алевритово-глинистых осадках глубокой (10–13 м) части моря. Увеличение, до 30.1 Бк/кг, концентрации радиоцезия в донных отложениях на западе моря происходит из-за влияния твердого стока рек с приазовской суши.

Анализ многолетней динамики радиоактивного загрязнения, его источников и путей переноса в морях Северного Ледовитого океана (Норвежского, Баренцева, Карского, Лаптевых, Белого) и южных (Азовского, Черного), с учетом периода полураспада среднеживущих (¹³⁷Cs, ⁹⁰Sr) и долгоживущих (^239,240Pu) техногенных изотопов, влияния Чернобыльской аварии, позволил установить новые закономерности и тенденции в процессах перераспределения радиоактивности в морской среде. Во время чернобыльской аварии часть радиоактивных осадков поступила на морскую акваторию с воздушными потоками. Другая часть ¹³⁷Cs, ⁹⁰Sr, ^239,240Pu с терригенной взвесью поступила в Азовское море в процессе миграции по Дону и рекам Приазовья [1, 2]. В результате в донных отложениях произошло значительное накопление ¹³⁷Cs в количестве до 100 Бк/кг [1, 2]. Во вскрытых новейших отложениях в слое 4–6 см первый пик (127 Бк/кг) относится к максимуму чернобыльских радиоактивных выпадений. Второй пик (88.4 Бк/кг) в слое 8–10 см грунтовой колонки образован из глобальных выпадений в период испытаний ядерного оружия в 1950–1960 гг.

В арктических морях в 1950–1990 гг. радиоактивное загрязнение определялось объемами стоков с западноевропейских заводов “Селлафилд” и “Ла-Хаг”, а также с сибирских радиохимических заводов. В 1980 г. в Северном море была обнаружена самая высокая в Мировом океане концентрация радиоцезия – до 120 Бк/м³, воды Баренцева моря содержали от 10 до 40–90 Бк/м³. В донных отложениях зависимости от типа осадков уровень ¹³⁷Cs изменялся от 0.1 до 20 Бк/кг. Лишь осадки отдельных заливов и губ Новой Земли, Кольского полуострова, впадины шельфа содержали ¹³⁷Cs от 30 до 100 Бк/кг. В 2010–2017 гг. радиоактивное загрязнение донных отложений в Баренцевом и Карском морях заметно снизилось [2].

В послечернобыльский период (1986–2010 гг.) в Азовском море содержание ¹³⁷Cs снижалось от максимума в 20–150 до 0.1–26.7 Бк/м³. В 2019 г. роль чернобыльских выпадений в загрязнении моря снизилась, в частности в водных массах – до 0.5–5 Бк/м³. В последние годы объемная активность ¹³⁷Сs в водах Центрального Полярного бассейна, Баренцева, Карского, Лаптевых морей составила в среднем 2 Бк/м³ [5]. В воде арктических и аридных морей на уровне низких концентраций сложилось равновесие между поступлением и выведением ¹³⁷Cs.

Влияние топографии дна при перераспределении радиоактивной взвеси является определяющим. Глинистые илы – типичные донные отложения впадин и желобов (глубины 150–500 м) арктических шельфов и относительно замкнутых Азовского, Белого, Балтийского морей. В любой ситуации в глинистых илах (где преобладают частицы размером менее 0.01 мм) отмечается самый высокий уровень антропогенных радионуклидов.

В 2017–2019 гг. в донных отложениях, в зависимости от рельефа, наблюдаются 2–3-х кратные различия концентраций радиоизотопов в водоемах. На банках Баренцева и Карского морей радиоцезий присутствует в грунтах на уровне от 0.3 до 1.8 Бк/кг, а на дне впадин – в пределах 1–3 Бк/кг. В Азовском море самые высокие уровни ¹³⁷Cs – до 50–70 Бк/кг обнаружены в осадках на равнине Панова. Накоплению ¹³⁷Cs способствует замкнутость водоема и дренаж радиоактивных веществ с территории водосбора, загрязненной Чернобыльскими выпадениями. Распределение ¹³⁷Cs определяется наличием в отложениях фракций пелита и мелкого алеврита. При штормовом взмучивании глинистые илы могут стать источником вторичного радиоактивного загрязнения азовских вод. К 2019 г., в зависимости от литологического состава грунта и солености воды, концентрация искусственных изотопов снизилась в несколько раз. Указанная закономерность нарушится при существовании “действующих” локальных источников (губа Черная ^239,240Pu; губа Андреева; акватория района АЭС Фукусима-1). По мере сокращения сбросов с радиохимических предприятий или с момента аварии на АЭС, уровень загрязнения акватории снижался.

В морской и океанической среде сорбционные процессы играют значительную роль в миграции искусственных радионуклидов. Классификация солености вод [6] имеет определенный порядок: питьевая 0.4–1.0‰; пресная (речная) 0.4–2.0‰; слабосолоноватая 4.0‰; солоноватая 4.0–8.0‰; высокосолоноватая (морская) 8.0–18.0‰; соленая (океаническая) 18.0–35.0‰. В пресных водах радиоизотопы мигрируют преимущественно в составе взвешенного вещества, а в соленых водах Северного Ледовитого океана и южных морей – в растворенной форме [1, 7]. Изотоп ¹³⁷Cs сорбируется взвесью и в соответствии с механикой седиментогенеза поступает на дно впадин, накапливаясь в осадках. Новые сведения об уровнях ¹³⁷Cs в донных осадках в зависимости от взвеси и гранулометрии осадков дополняют возможности понимания основ радиационной экологической океанологии.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Во втором десятилетии XXI века среди отечественных морей максимальное количество ¹³⁷Cs отмечается в илах равнины Панова в Азовском море. Существуют предположения о влиянии солености на адсорбционную способность глинистых частиц [1, 2, 4–6], есть понятие “критической солености” в пределах 5.0–8.0‰ для границ раздела морских и пресноводных организмов; ставится вопрос о литологической и биологической адсорбции; о специфике сорбции искусственных радиоизотопов взвесью в условиях смешения пресной и морской воды. Новые знания будут полезны при прогнозировании радиационных процессов в случаях инцидентов на атомных объектах.