Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2021, T. 498, № 2, стр. 189-194

Пойма реки Енисей загрязнена техногенными радионуклидами в результате деятельности Горно-химического комбината (ГХК) Росатома и глобальных выпадений. В слоях донных отложений реки после сбросов ГХК зарегистрирован широкий перечень техногенных радионуклидов: изотопы европия (¹⁵²Eu, ¹⁵⁴Eu и ¹⁵⁵Eu), цезия (¹³⁷Cs и ¹³⁴Cs), ⁶⁰Co, ⁹⁰Sr и трансурановые элементы (изотопы плутония, америция, нептуния и кюрия) [1–4]. По данным работы [5], запасы техногенных радионуклидов на участке поймы реки Енисей протяженностью 250 км от ГХК составили 131 Кюри. Вертикальное распределение радионуклидов в донных отложениях реки имеет сложный характер c наличием ряда максимумов, обусловленных разными скоростями поступления радионуклидов с ГХК, а также в результате глобальных выпадений [2, 6]. В ежегодных Государственных докладах “О состоянии и охране окружающей среды в Красноярском крае” и Радиационно-гигиенических паспортах Красноярского края, в частности за 2014 г. [7], отмечается, что в границах 1000-километрового участка зоны наблюдения ГХК в пойме р. Енисей имеются многочисленные участки повышенной аккумуляции техногенных радионуклидов, присутствовавших в нормативных и аварийных сбросах реакторного и радиохимического заводов комбината в результате его деятельности. Большинство радиационно-загрязненных участков поймы реки расположены вне границ населенных пунктов, за исключением радиоактивной аномалии на береговой полосе г. Енисейска [2, 7]. Детальное исследование этой радиоактивной аномалии на территории о. Городской (г. Енисейск) показало высокое содержание техногенного радионуклида ¹³⁷Cs в аллювиальных слоях, соответствующего категории очень низкоактивных радиоактивных отходов [2, 7]. По данным работы [2], образование радиоактивного слоя произошло путем отложения тонкодисперсного гумусированного осадка в период мощного паводка на реке Енисей, перенесшего большие массы донных отложений из района вблизи ГХК. На основании отношения изотопов цезия (¹³⁷Cs/¹³⁴Cs) авторы вышеназванной работы заключили, что радиоактивная аномалия г. Енисейска образовалась в период экстремального паводка 1966 г. Во время этого события, крупнейшего за последние 65 лет на реке Енисей, расход воды через плотину Красноярской ГЭС составлял не менее 18 000 м³/с [8], что в несколько раз превышал средний многолетний расход воды (3000 м³/с). Экстремальный расход воды через плотину сопровождался подъемом уровня воды в реке и затоплением многих прибрежных населенных пунктов [8]. Возросшая во время паводка скорость течения реки привела к переносу радиоактивных донных отложений и аллювиальных почв поймы реки из зоны вблизи ГХК на большие расстояния по течению реки – как минимум на 330 км (г. Енисейск) от ГХК. Ранее проведенный мониторинг содержания техногенных радионуклидов в слоях донных отложений и аллювиальных почв в районах вблизи ГХК не выявил аномальных по ¹³⁷Cs слоев, которые могли образоваться во время паводка 1966 г. Как правило, глубокие слои кернов донных отложений содержали высокие значения не только ¹³⁷Cs, но и других техногенных радионуклидов сбросов ГХК [2, 6], не характерных для события 1966 г.

Цель данной работы – поиск кернов донных отложений и аллювиальных почв поймы реки Енисей по течению реки от ГХК, содержащих слои аномального содержания ¹³⁷Cs в результате паводка 1966 г.

Для исследований использовали керны донных отложений и аллювиальных почв, отобранных в пойме реки Енисей в период с 2009 по 2018 г. на расстоянии до 900 км (с. Бор) по течению от г. Красноярска. Керны отбирали как вблизи ГХК (п. Балчуг на расстоянии 15 км от сбросов ГХК), так и на удаленных участках вблизи с. Стрелка и с. Бор (250 и 820 км от ГХК соответственно). Для отбора использовали стальные пробоотборники – трубы разной длины с диаметром 11 см [6]. Керны донных отложений и аллювиальных почв отбирали в ежегодно-затапливаемых застойных зонах вблизи берега реки, включая острова. Удельную активность техногенных радионуклидов в пробах определяли γ-спектрометрическим методом на γ-спектрометре фирмы “Canberra” (США) со сверхчистым германиевым детектором с тонким бериллиевым окном, позволяющим регистрировать γ-кванты с энергией от 30 кэВ. Для определения скорости осадконакопления и датировки слоев кернов после сбросов ГХК использовали отношение техногенных радионуклидов ¹³⁷Cs/⁶⁰Co, которое ранее показало хорошее совпадение результатов с расчетами по методу неравновесного ²¹⁰Pb [9].

Ранее Сухоруков и соавт. [2] отмечали, что в кернах аллювиальных почв береговой зоны г. Енисейска зарегистрировано аномальное содержание ¹³⁷Cs. При этом максимумы ¹³⁷Cs присутствовали как в глубоких слоях керна (90–105 см), так и в верхней части керна (0–15 см) (рис. 1, табл. 1). В отобранных нами кернах донных отложений и аллювиальных почв поймы реки Енисей вблизи сбросов ГХК (п. Балчуг) также были обнаружены слои аномального содержания ¹³⁷Cs в верхних и нижних слоях кернов (рис. 1, табл. 1). При этом максимальное содержание ¹³⁷Cs достигало 26 000 Бк/кг для района вблизи п. Балчуг, что превосходило максимальные значения ¹³⁷Cs для района вблизи г. Енисейска (табл. 1). Слои аномального содержания ¹³⁷Cs в верхних и нижних слоях кернов были отмечены в кернах, отобранных в 2009–2013 и в 2016–2018 гг. (рис. 1, табл. 1).

Рис. 1.

Распределение ¹³⁷Cs в кернах осадков поймы р. Енисей с аномальными слоями, отобранных вблизи сбросов ГХК (п. Балчуг), а также на значительном расстоянии по течению реки (села Стрелка и Бор, г. Енисейск). Данные по радиоактивной аномалии г. Енисейска взяты из работы [2].

Как следует из данных табл. 1, в некоторых активных по ¹³⁷Cs слоях кернов наблюдается отсутствие техногенных радионуклидов с малыми периодами полураспада, таких как ⁶⁰Co (5.27 года) и ¹³⁴Cs (2.06 года). Ранее авторы работы [2] датировали радиоактивную аномалию г. Енисейска 1966-м годом (периодом экстремального паводка) и поэтому спустя 40–50 лет после паводка радионуклид ¹³⁴Cs распался, а ⁶⁰Co регистрируется в пробах вблизи инструментального предела обнаружения. Радионуклиды ¹³⁷Cs и ¹⁵²Eu имеют относительно большие периоды полураспада (30 и 13.5 лет соответственно) и за прошедший период их активности в измеренных пробах аномальных слоев уменьшились не столь значительно. Полученный нами диапазон отношений ¹³⁷Cs/¹⁵²Eu в пробах аномальных слоев кернов вблизи сбросов ГХК варьирует от 150 до 2090, что пересекается с диапазоном отношения ¹³⁷Cs/¹⁵²Eu в пробах аномальных слоев кернов г. Енисейска – 290–810 (табл. 1). Для кернов удаленных районов по течению реки от ГХК (Стрелка и Бор) отношение ¹³⁷Cs/¹⁵²Eu в пробах аномальных слоев изменяется от 160 до 300 (табл. 1), что также соответствует отношению радионуклидов в аномальных слоях вблизи сбросов ГХК (Балчуг). Отношение радионуклидов ¹³⁷Cs/⁶⁰Co в пробах аномальных слоев оказалось не столь информативным из-за более короткого периода полураспада ⁶⁰Co по сравнению с ¹³⁷Cs и ¹⁵²Eu. Как результат, рассчитанное на январь 2018 г. отношение ¹³⁷Cs/⁶⁰Co в отдельных пробах аномальных слоев г. Енисейска было в диапазоне 7000–48 000, для проб аномальных слоев вблизи ГХК – отношение ¹³⁷Cs/⁶⁰Co было в диапазоне от 2000 до 16 000 или не определялось из-за отсутствия ⁶⁰Co (табл. 1). Следовательно, совпадающие отношения радионуклидов (¹³⁷Cs/¹⁵²Eu и, при наличии, ¹³⁷Cs/⁶⁰Co) в пробах аномальных слоев по течению реки от ГХК с этими отношениями радионуклидов в аномальных слоях г. Енисейска свидетельствуют об одном и том же времени происхождения – экстремальном паводке 1966 г. на реке Енисей.

Из анализа распределения ¹³⁷Cs в кернах радиоактивных аномалий следует, что содержание ¹³⁷Cs в аллювиальных слоях ниже слоя максимальной активности уменьшается до низких значений – менее 100 Бк/кг (рис. 1), т.е. до фонового уровня глобальных выпадений ¹³⁷Cs вследствие ядерных испытаний до 1961 г. Например, для керна Енисейск-1 наблюдается резкое падение содержания ¹³⁷Cs уже в следующем слое после слоя максимальной активности ¹³⁷Cs с 19 900 до 60 Бк/кг. Однако для большинства отобранных кернов вблизи ГХК (п. Балчуг) между слоем максимальной активности ¹³⁷Cs и фоновым слоем регистрируются слои с промежуточным содержанием ¹³⁷Cs (рис. 1). Так, для кернов вблизи сбросов ГХК (Балчуг-2010, 2012, 2016) и на удалении от ГХК (Стрелка-2012) ниже слоя максимального содержания ¹³⁷Cs в нескольких слоях регистрируется ¹³⁷Cs в диапазоне от 200 до 700 Бк/кг (рис. 1). Это можно объяснить как поступлением ¹³⁷Cs из зоны вблизи ГХК в период работы комбината до паводка 1966 г., так и возможной миграцией ¹³⁷Cs из верхних аномальных слоев за длительный период времени. В самых нижних слоях отдельных кернов содержание ¹³⁷Cs отмечено на очень низком фоновом уровне – 7–10 Бк/кг.

Известно, что поступление радионуклидов со сбросами ГХК в р. Енисей началось с запуском первого реактора в 1958 г. Деятельность ГХК в полном объеме (и соответственно максимальные сбросы радионуклидов) началась с 1964 г. после ввода в работу всех реакторов и радиохимического производства [10]. В начальный период радиоактивных сбросов ГХК с 1958 по 1965 г. сформировался относительно низкий уровень радиоактивного загрязнения ¹³⁷Cs поймы реки Енисей, который регистрируется в кернах аллювиальных почв и донных отложений как промежуточный слой между фоновым уровнем и аномальным слоем паводка 1966 г. (рис. 1). Однако паводок 1966 г. привел к затоплению береговой промзоны ГХК, включая частично береговые бассейны-хранилища радиоактивных отходов, и переносу донных отложений на большие расстояния по течению реки от промзоны ГХК. В последующие годы в 1988 и 2006 г. на р. Енисей были крупные паводки, но они уступали по расходу воды паводку 1966 г. и не были отмечены существенными максимумами ¹³⁷Cs в отобранных кернах. Проведенная нами датировка слоев кернов из районов вблизи сбросов ГХК (Балчуг-2010, 2016, 2018) с использованием отношения радионуклидов (¹³⁷Cs/⁶⁰Co) подтвердила образование аномальных слоев в 1966 г.

В научной литературе известен только один сопоставимый факт масштабного переноса техногенных радионуклидов во время радиационных аварий по течению реки в виде взвешенных частиц донных отложений – поступления радиоактивных отходов в р. Теча во время начала работы ПО Маяк (Челябинская область, г. Озерск), производившего оружейный плутоний с 1949 г. Считается, что радиационное загрязнение поймы р. Теча по своему масштабу и последствиям является радиационной аварией [11]. В работе Мокрова [12] детально анализируется эта авария, когда в период с 1949 по 1951 г. осуществляли постоянные сбросы жидких радиоактивных отходов в р. Теча. Однако наиболее существенное влияние на загрязнение реки оказали не многолетние сбросы радиоактивных отходов в реку, а кратковременная “промывка” водоемов-хранилищ радиоактивных отходов В-3 и В-4 комбината чистой водой в октябре 1951 г. [12]. В этот период при расходе воды до 30 м³/с радиоактивные донные отложения хранилищ отходов поступили в реку и сформировали крупномасштабное загрязнение поймы р. Теча на всем протяжении в 240 км до устья. В работе [12] на основании совпадения отношения радионуклидов ^238,239,240Pu/¹³⁷Cs, измеренных в пробах донных отложений и почвы для различных точек поймы р. Теча, сделан вывод о практически “одномоментном” радиоактивном загрязнение поймы. Согласно модельным расчетам автора [12], при малых скоростях сбросов жидких радиоактивных отходов (до 1 м³/с) в реку основная часть взвесей полностью оседала на первых 10 км от точки сброса. Однако при скоростях течения выше 7.5 м³/с загрязненные радионуклидами взвешенные частицы ила и глины переносились с водным потоком по всей длине р. Теча (240 км) и сформировали обширное радиоактивное загрязнение речной системы. Впоследствии радиоактивное загрязнение воды и береговой зоны реки привело к критическому облучению людей населенных пунктов по берегам реки [12].

Используя данные анализа радиационной аварии на р. Теча для ситуации на р. Енисей, можно считать, что скорости течения во время экстремального паводка на Енисее в 1966 г. достигали значений массового транспорта руслоформирующих наносов, сформированных вблизи промзоны ГХК, и, следовательно, происходил существенный перенос радионуклидов на взвеси по течению реки на большие расстояния. Ежегодный мониторинг и выявление новых участков аномального радиоактивного загрязнения поймы р. Енисей позволят оценить реальный масштаб переноса радиоактивных донных отложений из района вблизи ГХК по течению реки. На р. Енисей, по аналогии с р. Теча, в первые годы после паводка 1966 г. можно было ожидать существенного радиоактивного загрязнения береговой зоны реки и потенциальной радиационной опасности для населения прибрежных поселков р. Енисей. В последующие 10–20 лет после паводка 1966 г. радиоактивное загрязнение береговой зоны реки могло существенно снизиться из-за распада радионуклидов, перемещения радиоактивных аллювиальных почв во время ледохода и паводков, а также перекрытия радиоактивных слоев поймы относительно чистыми осадками. В будущем экстремальные паводки на р. Енисей могут нарушить поверхностные слои пойменных почв и перенести на большие расстояния по реке заглубленные радиоактивные слои паводка 1966 г. Поэтому максимальные объемы попусков воды Красноярской ГЭС должны согласовываться с оценкой предельных скоростей течения реки, способных привести к переотложению донных отложений.

Таким образом, в отобранных нами кернах донных отложений и аллювиальных почв поймы р. Енисей на разном расстоянии по течению реки от сбросов ГХК впервые были обнаружены слои аномального содержания ¹³⁷Cs, превышающие максимальные значения ¹³⁷Cs для известной радиоактивной аномалии береговой зоны г. Енисейска (330 км от ГХК по течению реки). Радиоактивная аномалия г. Енисейска возникла в результате переноса донных отложений из зоны ГХК во время экстремального паводка 1966 г. и поэтому обнаруженные нами слои аномального содержания ¹³⁷Cs во многих других местах поймы реки также можно считать следствием паводка 1966 г. Об этом свидетельствует полученная нами датировка аномальных слоев 1966-м годом, а также следующие факты: 1) отсутствие в аномальных ¹³⁷Cs слоях наших кернов и вблизи г. Енисейска техногенных радионуклидов с коротким периодом полураспада; 2) совпадающие отношения радионуклидов (¹³⁷Cs/¹⁵²Eu и ¹³⁷Cs/⁶⁰Co) в пробах аномальных слоев разных районов по течению реки от ГХК; 3) слои обнаруженного максимального содержания ¹³⁷Cs в кернах локализованы вблизи слоев фонового содержания ¹³⁷Cs, т.е. в начальный период активной деятельности ГХК с 1964 г.