Почвоведение, 2020, № 1, стр. 110-118
Содержание, распределение и формы миграции 238U в почвах природных и техногенных ландшафтов Южной Якутии
А. П. Чевычелов a, *, П. И. Собакин a
a Институт биологических проблем криолитозоны СО РАН
677980 Якутск, пр-т Ленина, 41, Россия
* E-mail: chev.soil@list.ru
Поступила в редакцию 01.03.2019
После доработки 07.07.2019
Принята к публикации 20.07.2019
Аннотация
Исследовано содержание, внутрипрофильное распределение и миграционноспособные формы 238U в автоморфных почвах – подбурах (Entic Podzols) и гидроморфных аллювиальных почвах (Fluvisols) как природных, так и техногенных ландшафтов Южной Якутии. В техногенных ландшафтах Южной Якутии на территории Эльконского ураново-рудного района отмечаются два вида миграции элементов в почвах – аэротехногенный и гидрогенно-техногенный, которые определяют степень радиоактивного загрязнения почв 238U, характер внутрипрофильного распределения и соотношение миграционноспособных форм данного радионуклида. Наблюдается повышение подвижности 238U в радиоактивно-загрязненных почвах по сравнению с почвами природных ландшафтов. При этом в гидроморфных аллювиальных почвах по сравнению с автоморфными подбурами отмечается рост как общей степени радиоактивного загрязнения, так и количества миграционноспособных форм урана.
ВВЕДЕНИЕ
Уран является самым тяжелым из химических элементов, достоверно известных в земной коре. Он обладает порядковым номером 92 и атомным весом 238.07. В природе известно три долгоживущих изотопа урана, которые характеризуются следующей распространенностью: 238U – 99.27%, 235U – 0.72% и 234U – 0.01% и периодами полураспада – 4.51 × 109, 7.13 × 108 и 2.47 × 105 лет соответственно [11]. Следовательно, основным изотопом урана, который содержится в горных породах, корах выветривания и почвах, является 238U, количество которого составляет 99.3% от общего содержания урана. В земной коре кларк урана 2.3 × 10–4%, а в почвах мира содержание данного элемента варьирует от 0.7 до 10.7 × 10–4% [5]. Среднее количество урана для всей совокупности почв наиболее распространенных ландшафтов бывшего СССР с естественной радиоактивностью составляет (3.2 ± 0.6) × 10–4% [20]. При этом содержание 238U в почвах высокогорных районов Большого Кавказа изменяется от 1.3 до 1.8 × 10–4% [1], составляя в среднем для горных районов Кавказа, Забайкалья и Северо-Востока России соответственно (1.7 ± 0.1, 1.9 ± 0.1 и 1.5 ± 0.1) × 10–4% [4].
Согласно геохимической классификации элементов, уран относится к группе литофильных и сидерофильных элементов с переменной валентностью, образующих катионы и анионы. Основное значение в геохимии урана имеет физико-химическая миграция, он – активный мигрант в гидротермах и в зоне гипергенеза, концентрируется на барьерах многих классов. Уран относится к группе элементов подвижных и слабоподвижных в окислительной обстановке, инертных в восстановительных (глеевой и сероводородной) обстановках и осаждающихся на сероводородных и глеевых барьерах [13]. Следовательно, уран отличается высокой контрастностью миграции и осаждается на восстановительных барьерах. Что касается техногенной миграции, то уран, как и другие металлы, поступает в ландшафты, мигрируя на сотни и тысячи километров от мест добычи к местам потребления. Технофильность U в 50–60-х годах XX в. составляла 1 × 108–n × 107, то есть он попал в одну группу с Cr, Mo, W, Ca, Ni и др. При этом под технофильностью понимается степень использования химического элемента, она характеризуется отношением ежегодной его добычи к кларку в литосфере. U технофильнее Al, K, Mg, а также многих редких элементов (Tl, Ge, V, Pt, Be и др.), но менее технофилен, чем Pb, Cl, Au [7].
Все исследователи, изучающие уровни содержания и миграцию 238U в почвах различных природных зон и регионов с естественной и повышенной радиоактивностью в России [8, 9, 12, 19, 23, 25] и за рубежом [24, 26–28], справедливо отмечают следующее. Количество данного радионуклида определяется исходным содержанием в почвообразующих породах, то есть литолого-геохимическими особенностями конкретных территорий, а внутрипрофильное распределение 238U, как и процессы его вертикальной и латеральной миграции в ландшафте – характером и интенсивностью почвообразовательных процессов, протекающих в данных почвах их свойствами, а также природными ландшафтно-климатическими условиями. При этом для почв гумидной зоны выдерживается ряд миграции элементов Ra > U > Th [15].
В настоящее время наименее изученными вопросами почвенной геохимии 238U являются проблемы, связанные с количественным содержанием, характером внутрипрофильного распределения и соотношением миграционноспособных форм данного радионуклида в различных типах почв в зависимости от ландшафтно-климатических условий миграции. Решение вопросов миграции 238U в подбурах и аллювиальных почвах Южной Якутии – цель представленной статьи.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Исследования проводили в Эльконском ураново-рудном районе (ЭУРР) на территории Южной Якутии. Данный район геоморфологически приурочен к Эльконскому горсту, представляющему горное поднятие на Алданском нагорье, характеризующееся низко- и среднегорным рельефом и преобладанием в растительном покрове горно-таежной растительности. Климат исследуемой территории – континентальный, холодный гумидный и супергумидный [21]. В почвенном покрове региона в автоморфных позициях формируются подзолы (Albic Podzols) и подбуры (Entic Podzols), а в поймах рек и ручьев – аллювиальные почвы (Fluvisols).
Естественные горно-таежные ландшафты Эльконского горста в большей степени нарушены длительными и широкомасштабными геологоразведочными работами поиска радиоактивного сырья, которые здесь проводились в последней трети XX в. В результате этих работ было извлечено из недр и складировано на дневную поверхность в отвалы более 1 млн т горнорудной массы. Общее количество урана, содержащегося в данной рудной массе, оставляет около 2000 т [22]. Это исходно предполагает в ландшафтно-климатических условиях данного района значительные масштабы и высокую степень радионуклидного загрязнения почвенно-растительного покрова в зоне влияния отвалов [18]. Отвалы, как правило, приурочены к днищам и склонам долин малых рек и ручьев, а составляющие их компоненты, в том числе естественные радионуклиды, подвержены интенсивному ветровому и водному рассеянию в процессе гипергенного выветривания.
Объектами исследования являлись автоморфные почвы – подбуры (Entic Podzols (Arenic)) и гидроморфные аллювиальные почвы (табл. 1). Техногенно-загрязненные подбуры (разрезы 1ЭГ-02 и 4ЭГ-02) и аллювиальные почвы (Dystric and Eutric Fluvisols (Arenic)) (разрезы 1ЭГ-06, 2ЭГ-06 и 5ЭГ-02) располагались соответственно на водораздельном склоне и в долине ручья, пропадающего в зоне влияния радиоактивных отвалов месторождения Курунг (рис. 1).
Таблица 1.
Географические и морфологические характеристики исследуемых почв
| Почва, № разреза | Географические координаты | Местоположение | Строение профиля |
|---|---|---|---|
| Подбуры | |||
| Подбур типичный, 1ЭГ-02 |
58°40′04.1″ N, 126°14′06.2″ E, h = 716 м |
На территории ЭУРР, подножие водораздельного склона | А0(0–8)–А0А1(8–15)–В(15–23)–ВС(23–26)–С(26–32 см) |
| Подбур типичный, 3Н-02 | 58°41′18.2″ N, 126°18′37.0″ E, h = 755 м |
Там же, верхняя часть водораздельного склона | А0(0–10)–А0А1(10–16)–В(16–28)–ВС(28–32)–СD(32–36 см) |
| Подбур оподзоленный, 4ЭГ-02 | 58°40′01.3″ N, 126°14′12.0″ E, h = 679.8 м |
Там же, нижняя часть водораздельного склона | А0(0–2)–А0А1(2–5)–А1А2(5–8)–В(8–14)–ВС(14–19)–СD(19–37)–D(37–45 см) |
| Подбур оподзоленный, 1Г-05 | 58°27′50.6″ N, 126°44′02.0″ E, h = 986.6 м |
Алданское нагорье, вершина водораздела | А0А1(0–4)–А1А2(4–7)–ВС(7–30)–СD(30–50 см) |
| Аллювиальные почвы | |||
| Аллювиальная темногумусовая, 2ЭГ-06 | 58°40′08.3″ N, 126°14′35.6″ E, h = 662.0 м |
На территории ЭУРР, пойма руч. Пропадающего в 500 м ниже отвалов участка Курунг 1 | А0А1(0–4)–А1(4–14)–ВС(14–42)–[АВ](42–52 см) |
| Аллювиальная темногумусовая, 5ЭГ-02 | 58°40′12.1″ N, 126°15′06.3″ E, h = 635.8 м |
Там же, в 850 м ниже отвалов участка Курунг 1 | А0(0–1)–А0А1(1–2)–А1(2–18)–В(18–24)–С(24–45)–[АС](45–58 см) |
| Аллювиальная слоистая, 1ЭГ-06 | 58°42′11.8″ N, 126°15′29.9″ E, h = 627.9 м |
Там же, в 1350 м ниже отвалов участка Курунг 1 | А0(0–1)–А1(1–4)–ВС(4–9)–[АВ](9–11)–С1(11–45)–С2(45–70 см) |
| Аллювиальная темногумусовая, 6ЭГ-03 | 58°42′46.0″ N, 126°18′16.4″ E, h = 542.8 м |
На территории ЭУРР, долина р. Курунг в 8 км ниже отвалов участка Курунг 1 | А0(0–2)–А1(2–8)–В(8–11)–[АВ](11–14)–ВС(14–19)–С(19–29 см) |
| Аллювиальная темногумусовая, 3Д-06 | 58°53′19.1″ N, 126°22′12.4″ E, h = 298 м |
Долина р. Алдан, пойма р. Джелинда в 1.5 км от устья | А1(0–4)–АВ(4–15)–ВС(15–36)–С(36–48 см) |
Рис. 1.
Фрагмент космоснимка исследуемой территории: 1 – пос. Заречный; 2 – дорога пос. Заречный – г. Томмот; 3 – дорога на месторождение Курунг; 4 – отвалы месторождения Курунг; 5 – отвалы месторождения Эльконское плато; 6 – руч. Пропадающий; 7 – руч. Акин; 8 – р. Курунг; 9 – тундрогольцы и каменные пустоши; 10 – водораздельные склоны с горно-таежной растительностью.
При проведении работ использовали общепринятые почвенные методы исследований: сравнительно-географический, профильно-генетический и сравнительно-аналитический [16, 17]. Химический состав и свойства почв определяли по стандартным методикам, принятым в почвоведении: рН – потенциометрически, содержание гумуса – по Тюрину, обменных катионов – по Гедройцу, гранулометрический состав – по Качинскому [2].
В изучаемых почвах 238U определяли γ-спектрометрическим методом по дочернему 226Ra на многоканальном анализаторе “Прогресс-Гамма” со сцинтилляционным детектором NaJ(Tl) размером 63 × 63 мм, с 7.3% разрешением по γ-линии 137Cs (666 Кэв). Проведены γ-спектрометрические измерения в сосудах Маринели объемом 1 л. Обработку γ-спектров осуществляли матричным методом с помощью программного обеспечения “Прогресс” [10], максимальная погрешность измерения не более ±30%. Миграционноспособные формы 238U извлекали согласно методике, предложенной в работе [3]. В качестве экстрагентов при извлечении водорастворимой формы 238U использовали дистиллированную воду, обменной – ацетатно-аммонийный буферный раствор (рН 4.8), кислоторастворимой – 1 н. HCl. Остаточную (неизвлекаемую) или форму 4 238U считали по разности общего содержания урана и его количества, суммарно перешедшего в состав форм 1–3. Соотношение почвы и жидкости составляло 1 : 5, время взаимодействия почвы с раствором 1 сутки. Определение содержания урана в вытяжках осуществляли лазерно-люминесцентным методом на флюорометре АУФ-101 “Ангара” [14]. Чувствительность определения урана составляла 2 × 10–8 г/л, погрешность анализа не превышала ±15%.
Необходимо отметить, что при увеличении количества миграционноспособных форм радионуклидов, в том числе и 238U, его подвижность возрастает, особенно при повышении содержания легкоподвижных фракций, то есть водорастворимой и обменной.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Состав и свойства исследованных почв значительно различаются как на типовом, так и на подтиповом уровнях (табл. 2). Автоморфные почвы, подбуры типичные (разрезы 1ЭГ-02 и 3Н-02), характеризуются кислой реакцией среды верхних органогенных и слабокислой нижних минеральных горизонтов почвенного профиля. Содержание почвенного органического вещества и гумуса имеет аккумулятивный характер. Почвенно-поглощающий комплекс (ППК) данных почв в верхних горизонтах (А0, А0А1 и В) не насыщен обменными основаниями, при этом на долю обменного Н+ приходится 54–57% от суммы обменных оснований (S).
Таблица 2.
Химические свойства и физико-химические показатели почв Южной Якутии
| Горизонт | Глубина, см | рН | Гумус, % | Обменные катионы, смоль(экв)/кг почвы | Фракция, % | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Н2О | KCl | Са2+ | Мg2+ | H+ | <0.001 мм | <0.01 мм | |||
| Подбур типичный, разрез 1ЭГ-02 | |||||||||
| А0 | 0–8 | 5.0 | – | 78.1* | – | – | – | – | – |
| А0А1 | 8–15 | 4.2 | – | 31.0 | 5.0 | 2.1 | 8.3 | – | – |
| В | 15–23 | 5.6 | – | 3.2 | 2.3 | 1.5 | 5.1 | 4.1 | 7.8 |
| ВС | 23–26 | 5.9 | – | 1.9 | 1.4 | 1.2 | 1.0 | 3.5 | 7.6 |
| D | 26–32 | 6.2 | – | 0.1 | 0.3 | 0.2 | 0.4 | 2.3 | 3.9 |
| Подбур типичный, разрез 3Н-02 | |||||||||
| А0 | 0–10 | 5.4 | – | 79.1* | – | – | – | – | – |
| А0А1 | 10–16 | 4.7 | – | 30.0* | 5.4 | 2.3 | 9.4 | – | – |
| B | 16–28 | 5.7 | – | 3.0 | 2.0 | 1.6 | 4.8 | 5.0 | 9.6 |
| ВС | 28–32 | 5.9 | – | 1.5 | 1.2 | 1.0 | 0.8 | 4.2 | 8.1 |
| СD | 32–36 | 6.25 | – | 0.1 | 0.2 | 0.2 | 0.3 | 2.4 | 4.5 |
| Подбур оподзоленный, разрез 4 ЭГ-02 | |||||||||
| А0 | 0–2 | 4.0 | – | 80.5* | – | – | – | – | – |
| А0А1 | 2–5 | 4.0 | – | 56.2* | 2.0 | 0.5 | 7.7 | 2.5 | 5.4 |
| А1А2 | 5–8 | 4.0 | – | 11.5 | 2.2 | 0.5 | 7.3 | 2.5 | 7.4 |
| B | 8–14 | 4.1 | – | 5.7 | 2.0 | 0.7 | 3.1 | 10.7 | 17.2 |
| ВС | 14–19 | 4.2 | – | 6.7 | 5.0 | 1.0 | 2.8 | 6.6 | 14.4 |
| СD | 25–35 | 4.2 | – | 3.6 | 3.7 | 1.5 | 2.9 | 12.7 | 28.2 |
| Подбур оподзоленный, разрез 1Г-05 | |||||||||
| А0А1 | 0–4 | 3.9 | 2.9 | 37.1* | 6.8 | 2.6 | 25.0 | – | – |
| А1А2 | 4–7 | 3.9 | 3.1 | 7.8 | 1.6 | 0.5 | 7.2 | 3.2 | 9.9 |
| ВС | 15–25 | 5.2 | 4.0 | 1.0 | 2.6 | 1.6 | 1.0 | 8.9 | 33.7 |
| СD | 35–45 | 5.5 | 4.1 | 0.6 | 3.5 | 2.1 | 0.4 | 9.9 | 32.7 |
| Аллювиальная темногумусовая почва, разрез 2ЭГ-06 | |||||||||
| А0А1 | 0–4 | 5.8 | 5.0 | 60.5* | 60.9 | 13.8 | 1.7 | – | – |
| A1 | 4–14 | 5.9 | 5.0 | 12.7 | 18.6 | 4.3 | 1.1 | 5.8 | 17.2 |
| BC | 18–28 | 6.4 | 5.4 | 3.7 | 5.2 | 2.5 | 0.1 | 3.4 | 11.2 |
| BC | 32–42 | 6.1 | 5.2 | 5.1 | 6.3 | 2.1 | 0.2 | 3.3 | 11.5 |
| [АВ] | 42–52 | 6.0 | 5.0 | 18.8 | 21.2 | 11.6 | 0.7 | 6.8 | 16.5 |
| Аллювиальная темногумусовая почва, разрез 5ЭГ-02 | |||||||||
| А0А1 | 1–2 | 4.8 | – | 56.0* | 39.2 | 13.5 | 3.9 | – | – |
| A1 | 2–18 | 4.4 | – | 9.9 | 8.8 | 7.8 | 2.4 | 6.4 | 13.9 |
| B | 18–24 | 4.5 | – | 4.8 | 4.6 | 8.3 | 1.2 | 5.2 | 10.6 |
| C | 30–40 | 5.0 | – | 0.6 | 3.8 | 7.5 | 0.6 | 5.3 | 10.3 |
| [АС] | 47–57 | 5.4 | – | 8.8 | 25.9 | 11.6 | 5.7 | 10.9 | 23.0 |
| Аллювиальная темногумусовая, разрез 6ЭГ-03 | |||||||||
| А1 | 2–8 | 6.1 | 5.6 | 36.7* | 37.3 | 24.9 | 0.7 | – | – |
| B | 8–11 | 6.0 | 5.2 | 7.9 | 7.8 | 1.7 | 0.3 | 7.8 | 9.5 |
| [АВ] | 11–14 | 5.5 | 5.2 | 20.7 | 20.6 | 15.1 | 1.5 | 8.7 | 15.2 |
| BC | 14–19 | 6.2 | 5.2 | 1.4 | 2.9 | 0.6 | 0.1 | 3.8 | 6.6 |
| CD | 19–29 | 6.0 | 5.1 | 1.3 | 2.8 | 1.6 | 0.3 | 5.8 | 7.4 |
| Аллювиальная темногумусовая почва, разрез 3Д-06 | |||||||||
| А1 | 0–4 | 7.4 | 6.8 | 17.1 | 29.6 | 21.5 | Н.о. | – | – |
| AB | 4–14 | 7.3 | 6.6 | 13.2 | 16.8 | 12.1 | » | 6.2 | 12.6 |
| BC | 15–25 | 6.6 | 5.6 | 8.2 | 9.4 | 6.4 | » | 4.1 | 10.1 |
| C | 35–45 | 6.2 | 5.2 | 6.5 | 6.5 | 3.4 | 0.1 | 3.8 | 9.3 |
| Аллювиальная слоистая почва, разрез 1ЭГ-06 | |||||||||
| А1 | 1–4 | 6.3 | 5.5 | 25.4 | 40.3 | 14.2 | 0.4 | – | – |
| ВС | 4–9 | 6.7 | 5.6 | 2.4 | 3.6 | 1.0 | 0.2 | 3.4 | 6.0 |
| [АВ] | 9–11 | 6.0 | 4.9 | 10.8 | 8.2 | 2.0 | 0.3 | 3.9 | 7.2 |
| С1 | 15–25 | 6.8 | 5.7 | 0.6 | 2.3 | 1.9 | 0.2 | 2.6 | 5.3 |
| С1 | 35–45 | 6.3 | 5.1 | 2.6 | 3.3 | 1.2 | 0.1 | 2.7 | 4.6 |
| С2 | 55–65 | 6.1 | 4.9 | 3.8 | 7.4 | 2.0 | 0.4 | 4.5 | 10.5 |
В верхних органогенных и гумусово-элювиальных горизонтах оподзоленных подтипов реакция среды (рНн2о) сильнокислая, а в нижних минеральных – кислая и слабокислая. В подбурах оподзоленных (разрезы 4ЭГ-02 и 1Г-05) содержание органического вещества носит аккумулятивный характер, а ППК горизонтов (А0, А0А1 и А1А2) еще в большей мере, чем в подбурах типичных не насыщен обменными катионами Ca2+ и Mg2+, при этом на долю обменного Н+ приходится 73–77% от S. Все исследованные разрезы подбуров, как правило, характеризуются укороченным почвенными профилем (<50 см), высокой степенью каменистости и легким песчано-супесчаным гранулометрическим составом. Исключением являются горизонты ВС и CD подбуров (разрезы 4ЭГ-02 и 1Г-05), в которых отмечается утяжеление гранулометрического состава до легко- и среднесуглинистого.
Изучаемые гидроморфные аллювиальные почвы данного района также различаются по составу и свойствам, хотя и в меньшей степени, чем подбуры. Значения рНн2о в данных почвах изменяется от кислого (разрез 5ЭГ-02) до слабокислого (разрезы 2ЭГ-06, 6ЭГ-03) и даже до нейтрального и слабощелочного (разрезы 3Д-06, 1ЭГ-06). ППК данных почв насыщен обменными основаниями Ca2+ и Mg2+, а доля обменного Н+ незначительна и максимально составляет 8–13% от S. Главной особенностью морфологии, свойств и состава исследуемых аллювиальных почв является наличие в них на разной глубине погребенных горизонтов АВ и АС, обогащенных органическим веществом и мелкодисперсными фракциями почвенного мелкозема: глины (<0.01 мм) и ила (<0.001 мм). Такие погребенные почвенные горизонты выявлены в четырех из пяти исследованных разрезов аллювиальных почв. В этой связи необходимо отметить, что слоистость является генетическим признаком пойменных (аллювиальных) почв [6].
Как отмечалось ранее, почвы – это центральные блоки ландшафтов, аккумулирующие техногенные загрязнения, в том числе и радиоактивные. Поэтому оценка содержания и распределения радионуклидов в почвах техногенных ландшафтов по сравнению с фоновыми, незагрязненных территорий позволяет надежно и четко фиксировать как степень, так и одновременно характер их радиоактивного загрязнения по основным потокам рассеяния радионуклидов [22].
В качестве фонового среднего значения для подбуров принято содержание урана, равное 1 мг/кг, а для аллювиальных почв – 3 мг/кг. Интенсивность накопления 238U в почвах оценивали на основе средневзвешенного значения, отнесенного к мощности отдельных почвенных горизонтов (слоев) и содержания в них данного радионуклида (табл. 3).
Таблица 3.
Содержание 238U в почвах Южной Якутии
| № разреза | Почва | Горизонт | Глубина, см | 238U, мг/кг | Kпр* |
|---|---|---|---|---|---|
| Подбуры техногенных ландшафтов | |||||
| 1ЭГ-02 | Подбур типичный | А0 | 0–8 | 100.0 | 100 |
| А0А1 | 8–15 | 95.0 | 95 | ||
| B | 15–23 | 5.4 | 5.4 | ||
| BC | 23–26 | 1.6 | 1.6 | ||
| Среднее** | 26–32 | 1.6 | 1.6 | ||
| 47 | 47 | ||||
| 4ЭГ-02 | Подбур оподзоленный | А0 | 0–2 | 40.2 | 40 |
| А0А1 | 2–5 | 15.4 | 15 | ||
| А1А2 | 5–8 | 4.6 | 4.6 | ||
| B | 8–14 | 3.4 | 3.4 | ||
| BC | 14–19 | 3.8 | 3.8 | ||
| CD | 25–35 | 3.1 | 3.1 | ||
| Среднее | 5.8 | 5.8 | |||
| Подбуры природных ландшафтов | |||||
| 3Н-02 | Подбур типичный | А0 | 0–10 | 0.3 | 0.3 |
| А0А1 | 10–16 | 0.5 | 0.5 | ||
| B | 16–28 | 1.0 | 1.0 | ||
| BC | 28–32 | 1.1 | 1.1 | ||
| C | 32–36 | 1.4 | 1.4 | ||
| Среднее | 0.8 | 0.8 | |||
| 1Г-05 | Подбур оподзоленный | А0А1 | 0–4 | 6.3 | 6.3 |
| А1А2 | 4–7 | 5.4 | 5.4 | ||
| BC | 15–25 | 5.7 | 5.7 | ||
| CD | 35–45 | 7.4 | 7.4 | ||
| Среднее | 6.3 | 6.3 | |||
| Аллювиальные почвы техногенных ландшафтов | |||||
| 2ЭГ-06 | Аллювиальная темногумусовая | А0А1 | 0–4 | 524 | 175 |
| A1 | 4–14 | 1000 | 333 | ||
| BC | 18–28 | 161 | 54 | ||
| BC | 32–42 | 282 | 94 | ||
| [АВ] | 42–52 | 1120 | 373 | ||
| Среднее | 633 | 211 | |||
| 1ЭГ-06 | Аллювиальная слоистая | А0 | 0–1 | 425 | 142 |
| A1 | 1–4 | 467 | 156 | ||
| BC | 4–9 | 27 | 9 | ||
| [АВ] | 9–11 | 121 | 40 | ||
| C1 | 15–25 | 11 | 3.7 | ||
| C1 | 35–45 | 23 | 7.7 | ||
| C2 | 55–65 | 89 | 30 | ||
| Среднее | 88 | 29 | |||
| 5ЭГ-02 | Аллювиальная темногумусовая | А0 | 0–1 | 30 | 10 |
| А0А1 | 1–2 | 104 | 35 | ||
| A1 | 2–18 | 113 | 38 | ||
| B | 18–24 | 3.8 | 1.3 | ||
| C | 30–40 | 4.2 | 1.4 | ||
| [АС] | 47–57 | 44 | 15 | ||
| Среднее | 56 | 19 | |||
| Аллювиальные почвы природных ландшафтов | |||||
| 6ЭГ-03 | Аллювиальная темногумусовая | А0 | 0–2 | 2 | 0.7 |
| A1 | 2–8 | 3 | 1 | ||
| B | 8–11 | 9 | 3 | ||
| [AB] | 11–14 | 6 | 2 | ||
| BC | 14–19 | 2 | 0.7 | ||
| C | 19–29 | 2 | 1 | ||
| Среднее | 3.7 | 1.2 | |||
| 3Д-06 | Аллювиальная темногумусовая | А1 | 0–4 | 9.3 | 3.1 |
| AB | 4–14 | 8.8 | 2.9 | ||
| BC | 15–25 | 7.5 | 2.5 | ||
| C | 25–35 | 7.1 | 2.4 | ||
| Среднее | 8.0 | 2.7 | |||
Среднее содержание 238U в подбурах природных ландшафтов изменяется почти в 8 раз, а в аллювиальных почвах – более чем в 2 раза. Последнее обусловлено различиями минералогического состава, а также свойств и состава исследуемых почв: содержанием гумуса, частиц глины и ила. Внутрипрофильное распределение урана в данных почвах имеет соответственно элювиальный и аккумулятивный характер.
При аэротехногенном загрязнении почв поступивший на поверхность почв в виде пыли 238U накапливается и закрепляется в верхней части почв в слое 19–23 см, то есть отмечается аккумулятивный характер внутрипрофильного распределения урана, а значения коэффициента относительного превышения над фоновым уровнем (Kпр) составляют 6–47. При гидрогенно-техногенном загрязнении отмечается сложное внутрипрофильное распределение 238U в аллювиальных почвах. Так, в аллювиальной темногумусовой почве разреза 2ЭГ-06 выявляется два равнозначных максимума распределения 238U на глубине 4–14 и 42–52 см, в аналогичной почве разреза 5ЭГ-02 – также два, но убывающих по величине максимума на глубине 2–18 и 47–57 см. В аллювиальной слоистой почве разреза 1ЭГ-06 выделяется три убывающих максимума на глубине 1–4, 9–11 и 55–65 см. При этом по мере удаления от источников радиоактивного загрязнения значение Kпр для исследуемых аллювиальных почв убывает от 211 до 19–29. Таким образом, в изучаемых аллювиальных почвах техногенных ландшафтов отмечается накопление 238U в погребенных горизонтах, обогащенных органическим веществом (гумусом), а также частицами глины и ила. Поэтому не случайно, что для аллювиальных почв как природных, так и техногенных ландшафтов были получены относительно высокие значения коэффициентов корреляции для связей содержание 238U–количество гумуса, обменного Са2+, частиц физической глины, которые соответственно составляли 0.526, 0.522, 0.542 и 0.805, 0.619, 0.479. Тогда как для подбуров природных ландшафтов изучаемой территории аналогичные корреляционные связи выявлены для ила (r = 0.712) и глины (r = 0.814), а для техногенно-загрязненных подбуров – для гумуса (r = 0.467), обменных Ca2+ и Mg2+ (r = 0.545 и 0.704). Это полностью соответствует геохимическим принципам миграции урана в гумидных ландшафтах в условиях окислительной обстановки, когда данный элемент накапливается в торфяниках и аллювиальных глинах [13].
При аэротехногенном загрязнении почв, в подбуре оподзоленном (табл. 4, разрез 4ЭГ-02) содержание водорастворимой формы урана составляет 0.3–2.2%, обменной – 1.4–5.5%, кислоторастворимой – 1.3–7.4% от общего количества радионуклида. При этом относительное содержание водорастворимой и кислоторастворимой форм, как и в целом миграционноспособных форм 238U, в техногенно-загрязненном подбуре больше, чем в естественном подбуре (разрез 1ЭГ-05). Если в подбуре техногенного ландшафта среднее содержание миграционноспособных форм составляло 12.1%, то в подбуре природного ландшафта – только 6.5%.
Таблица 4.
Миграционноспособные формы 238U в почвах Южной Якутии, % от общего содержания
| Горизонт | Глубина, см | Формы урана* | |||
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | 4 | ||
| Техногенный ландшафт, подбур оподзоленный, разрез 4ЭГ-02 | |||||
| А0 А0А1 А1А2 В ВС СD |
0–2 2–5 5–8 8–14 14–19 25–35 |
0.3 0.5 1.7 1.8 1.6 2.2 |
1.4 5.5 3.7 3.8 4.2 5.0 |
1.3 6.7 5.4 5.6 7.4 5.3 |
97.0 87.3 89.2 88.8 86.8 87.5 |
| Природный ландшафт, подбур оподзоленный, разрез 1ЭГ-05 | |||||
| А0А1 А1А2 ВС СD |
0–4 4–7 15–25 35–45 |
0.2 0.3 0.8 0.1 |
5.2 5.7 3.7 2.8 |
3.3 0.7 2.5 2.2 |
91.3 93.3 93.0 94.9 |
| Техногенные ландшафты | |||||
| Аллювиальная темногумусовая, разрез 2ЭГ-06 | |||||
| А0А1 А1 ВС ВС [АВ] |
0–4
4–14 18–28 32–42 42–52 |
0.1 0.01 0.04 0.07 0.03 |
6.5 5.0 14.6 23.0 5.4 |
10.0 5.5 17.7 26.6 7.6 |
83.4 89.5 67.7 50.3 87.0 |
| Аллювиальная темногумусовая, разрез 5ЭГ-02 | |||||
| А0 А0А1 А1 В С [АС] |
0–1 1–2 2–18 18–24 30–40 47–57 |
0.7 0.3 0.2 0.2 0.3 0.3 |
6.3 19.2 22.1 15.7 15.0 32.0 |
3.3 13.5 12.4 15.8 31.0 25.7 |
89.7 67.0 65.3 68.3 53.7 42.0 |
| Аллювиальная слоистая, разрез 1ЭГ-06 | |||||
| А0 А1 ВС [АВ] С1 С1 С2 |
0–1 1–4 4–9 9–11 15–25 35–45 55–65 |
0.3 0.3 0.1 0.04 0.04 0.05 0.6 |
7.0 5.4 22.2 8.3 18.2 26.1 5.6 |
8.0 3.9 20.4 10.7 19.5 17.4 9.0 |
84.7 90.4 57.3 81.0 62.3 56.4 84.8 |
| Природный ландшафт, аллювиальная темногумусовая, разрез 3Д-06 | |||||
| А1 АВ ВС С |
0–4
4–14 15–25 25–35 |
0.1 0.1 0.1 0.1 |
26.9 4.7 6.5 4.4 |
3.3 0.7 2.5 2.2 |
69.7 94.5 90.9 93.3 |
Еще более сложное распределение и соотношение миграционноспособных форм урана наблюдается в изучаемых аллювиальных почвах. Учитывая то, что аллювиальные почвы в условиях гидрогенно-техногенного загрязнения содержат более значительные количества общего урана, относительное содержание в них подвижной формы данного радионуклида составляет 0.01–0.7%, то есть меньше отмечаемого для техногенно-загрязненного подбура. А содержание обменной и кислоторастворимой форм 238U в аллювиальных почвах, которые изменяются значительно, существенно больше и составляет соответственно 5.0–26.1 и 3.3–31.0%. При этом суммарное количество миграционноспособных форм урана в техногенно-загрязненных аллювиальных почвах также изменяется значительно и составляет в среднем 25.4–40.8%. Содержание обменной, кислоторастворимой, как и общее содержание миграционноспособных форм урана в техногенно-загрязненных аллювиальных почвах, больше, чем в аллювиальной темногумусовой почве природного ландшафта (разрез 3Д-06). Следовательно, как при воздушном, так и водном рассеивании урана в техногенных ландшафтах ЭУРР наблюдается увеличение подвижности или миграционной способности 238U в радиоактивно-загрязненных почвах по сравнению с почвами природных ландшафтов. Последнее обусловлено особенностями природных условий исследуемой территории (холодный гумидный климат, таежная зона, окислительная обстановка миграции), когда 238U в почвах преимущественно мигрирует в форме комплексных органо-минеральных соединений в высшей степени валентности (U+6) и характеризуется высокой подвижностью [13, 19]. В этих условиях накопление общего количества 238U в почвах сопровождается увеличением содержания его миграционноспособных форм или ростом общей подвижности. При этом в гидроморфных аллювиальных почвах по сравнению с автоморфными подбурами отмечается рост, как общей степени радиоактивного загрязнения, так и количества миграционноспособных форм данного радионуклида.
ВЫВОДЫ
1. В условиях высококонтрастного литогеохимического фона, холодного гумидного климата и преобладания в растительном покрове горно-таежной растительности среднее содержание 238U в почвах природных ландшафтов Южной Якутии значительно различается и изменяется от 0.8 до 8.0 мг/кг. При этом внутрипрофильное распределение урана в изучаемых автоморфных подбурах носит в большей мере элювиальный, а в гидроморфных аллювиальных почвах – аккумулятивный характер. Среднее суммарное содержание миграционноспособных форм урана в почвах естественных ландшафтов исследуемого региона составляет <10%.
2. В почвах техногенных ландшафтов ЭУРР на территории Южной Якутии наблюдается два вида миграции 238U: аэротехногенный и гидрогенно-техногенный, обусловленных соответственно воздушным и водным рассеиванием данного радионуклида от источников загрязнения, которыми являются радиоактивные отвалы горных пород.
3. В автоморфных подбурах техногенных ландшафтов Южной Якутии отмечается аккумулятивный характер внутрипрофильного распределения 238U. При этом данный радионуклид накапливается в поверхностном слое почв мощностью 19–23 см. Среднее суммарное содержание миграционноспособных форм 238U в радиоактивно-загрязненном подбуре составляет 12% от общего количества урана.
4. В гидроморфных аллювиальных почвах техногенных ландшафтов исследуемого региона наблюдается сложное внутрипрофильное распределение 238U, когда выделяются 2–3 равнозначных или убывающих максимума содержания урана. При этом данные возрастающие количества 238U, как правило, приурочены к погребенным почвенным горизонтам, обогащенным гумусом, а также мелкодисперсными частицами глины и ила. Среднее суммарное содержание миграционноспособных форм 238U в радиоактивно-загрязненных аллювиальных почвах составляет 25–41% от общего содержания урана.
5. Как при воздушном, так и водном рассеивании урана в техногенных ландшафтах Южной Якутии наблюдается рост подвижности или миграционной способности 238U в радиоактивно-загрязненных почвах по сравнению с почвами природных ландшафтов. При этом в гидроморфных аллювиальных почвах по сравнению с автоморфными подбурами отмечается увеличение, как общей степени радиоактивного загрязнения, так и количества миграционноспособных форм данного радионуклида.
Список литературы
Асварова Т.А., Абдуллаева А.С., Магомедов М.А. Естественные радионуклиды в породах и почвах высокогорных районов Большого Кавказа // Почвоведение. 2012. № 6. С. 695–707.
Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1970. 488 с.
Архипов Н.П., Федорова Т.А., Февралева Л.Т. Соотношение форм соединений тяжелых естественных радионуклидов в почвах // Почвоведение. 1986. № 1. С. 69–73.
Балясный Н.Д., Василенко В.Н., Пегоев А.Н., Фридман Ш.Д. Естественная радиоактивность почв в горных районах СССР // Тр. Ин-та прикладной геофизики. М.: Гидрометеоиздат, 1980. С. 116–152.
Водяницкий Ю.Н. Химические аспекты поведения урана в почвах (обзор литературы) // Почвоведение. 2011. № 8. С. 940–952.
Добровольский Г.В. Почвы речных пойм центра Русской равнины. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1968. 296 с.
Евсеева Л.С., Перельман А.И., Иванов К.Е. Геохимия урана в зоне гипергенеза. М.: Наука, 1974. 280 с.
Егорова И.А., Кислицына Ю.В., Пузанов А.В. Радионуклиды в почвах Северо-Западного Алтая // География и природные ресурсы. 2012. № 3. С. 31–35.
Егорова И.А., Пузанов А.В., Балыкин С.Н., Салтыков А.В., Горбачев И.В. Естественные радионуклиды (238U, 232Th, 40K) в высокогорных почвах Северо-Западного Алтая // Мир науки, культуры, образования. 2007. № 4(7). С. 16–19.
Методика измерения активности радионуклидов с использованием сцинтилляционного гамма-спектрометра с программным обеспечением “Прогресс”. М.: Центр метрологии, 2003. 16 с.
Основные черты геохимии урана / Под ред. Виноградова А.П. М.: Изд-во АН СССР, 1963. 352 с.
Панюшкина Г.И., Нагалевский В.Я. Распределение и миграция радионуклидов в почвенно-растительном покрове Краснодарского края // Вестник Южного научного центра РАН. 2007. Т. 3. № 2. С. 52–56.
Перельман А.И. Геохимия. М.: Высшая школа, 1989. 528 с.
Радиогеохимические исследования. Методические рекомендации / Под ред. Смыслова А.А. М.: МинГео СССР, 1974. 139 с.
Рачкова Н.Г., Шуктумова И.И., Таскаев А.И. Состояние в почвах естественных радионуклидов урана, радия и тория (обзор) // Почвоведение. 2010. № 6. С. 698–705.
Роде А.А. Система методов исследования в почвоведении. Новосибирск: Наука, 1971. 92 с.
Розанов Б.Г. Морфология почв. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1983. 320 с.
Собакин П.И., Чевычелов А.П., Ушницкий В.Е. Радиоэкологическая обстановка на территории Якутии // Радиационная биология. Радиоэкология. 2004. Т. 44. № 3. С. 283–288.
Титаева Н.А., Таскаев А.И. Миграция тяжелых естественных радионуклидов в условиях гумидной зоны. Л.: Наука, 1984. 232 с.
Тяжелые естественные радионуклиды в биосфере: Миграция и биологическое действие на популяции и биогеоценозы. М.: Наука, 1990. 368 с.
Чевычелов А.П., Собакин П.И. Миграция естественных радионуклидов в техногенных таежно-мерзлотных ландшафтах Южной Якутии. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2008. 138 с.
Чевычелов А.П., Собакин П.И. Радиоактивное загрязнение аллювиальных почв таежных ландшафтов Якутии 137Cs, 226Ra и 238U // Почвоведение. 2017. № 12. С. 1535–1544.
Шуктумова И.И., Титаева Н.А., Таскаев А.И., Алексахин Р.М. Поведение 238U, 232Th, 226Ra в почвах горной тундры // Почвоведение. 1983. № 8. С. 49–53.
Gavrilescu M., Pavel L.V., Cretescu I. Characterization and remediation of soils contaminated with uranium // J. Hazardous Materials. 2009. V. 163. № 2–3. P. 475–510.
Gedeonov A.D., Kolchin I.V., Maliskin A.I., Andreev G.S. Uranium-234, uranium-235, uranium-238 in soils near Siberian chemical enterprises (Tomsk-7, Seversk) // Radioprotection. 2009. V. 44. № 5. P. 151–153.
Kelly S.D. Uranium chemistry in soils and sediments // Developments in Soil Science. 2010. V. 34. P. 411–466.
Tzortzis M., Tsertos H. Determination of thorium, uranium and potassium elemental concentrations in surface soils in Cyprus // J. Environ. Radioactivity. 2004. V. 77. № 3. P. 325–338.
Tserenpil S., Liu O.C., Maclov O.D., Fillipov M.F., Belov A.G., Norov H., Theng B.K.G. Chemical and mineralogical composition of the Mongolian rural soils an their uranium sorption behavior // J. Environ. Radioactivity. 2013. V. 118. P. 105–112.
Дополнительные материалы отсутствуют.
Пн.-пт.: 10.00-19.00