Поведение и пути миграции радионуклидов в открытых водоемах

Поведение и пути миграции радионуклидов в открытых водоемах

При поступлении в воду открытых водоемов в первую очередь фиксируют разбавление радионуклидов, поглощение их дном и тканями гидробионтов. Эффективность процесса разбавления в реках и замкнутых водоемах неодинакова. Степень и скорость этого явления в реках зависят от ряда гидрологических причин: соотношения объема загрязнений и расхода воды в реке, скорости течения, турбулентности водного потока, глубины, формы русла, рельефа дна и т.д. В реках горного типа максимальное разбавление радионуклидов происходит на малом расстоянии в течение нескольких минут, а на реках равнинного типа с выраженной струйностью течения протяженность участка, на котором заканчивается разбавление, может достигать десятков километров. Интенсивность разбавления в замкнутых водоемах (пруды, озера, водохра- нилища) значительно меньше за счет течений, волнового режима и в определенной степени процесса диффузии.

В морях и океанах скорость разбавления радиоактивных продуктов зависит в первую очередь от скорости перемещения (течения) водных масс и процессов их перемещения. Так, после испытаний ядерного оружия США в районе Маршалловых островов в 1954 г. радиоактивные продукты, попавшие в воду, первоначально перемещались в Западном полушарии к Азиатскому материку, затем загрязнение распространилось к северу по течению Куро-Сиво. При этом продукты деления за 40 дней переместились на 192 км, продиффундировав на глубину 40-50 м. Разбавление введенной активности в 0,37 ТБк было таково, что средняя концентрация после 40 дней равнялась 5,5 кБк/л, а площадь загрязнения - примерно 40 км2.

Одновременно с разбавлением радиоактивных изотопов в воде открытых водоемов происходит и их интенсивная сорбция дном и донными отложениями. В результате дно становится своеобразным депо долгоживущих элементов. Степень накопления дном радиоактивных продуктов зависит от структуры грунта. При возрастании ионообменной емкости грунта степень накопления изотопов возрастает. Так, при внесении в воду экспериментального пруда 90Sr и активности воды 740 Бк/л коэффициент накопления (отно- шение удельной активности пробы к удельной активности воды) для песка был равен 20, для суглинка - 110. Существенную роль в накоплении дном радионуклидов играют их химические свойства. Слабо фиксируется грунтом дна 35S, лучше - 32Р, 137С и др. На количество радиоактивных продуктов в пробе влияет удельная активность воды - она возрастает с ее увеличением, хотя коэффициент накопления при этом уменьшается. Если дно состоит из плотных глинистых пород, распространение продуктов деления урана в глубину достигает лишь 15 см, на большей глубине резко уменьшается активность. Проникновение в глубину рыхлого дна, сложенного, например, из торфа, достигает 1,5 м и более. Подобная картина характерна и для песчаных грунтов.

При постоянстве концентраций радиоактивных изотопов в воде возникает устойчивое динамическое равновесие с содержанием их в донном грунте. При уменьшении активности воды обычно процесс десорбции радионуклидов и их поступление в воду замедляются. Таким образом, дно в этом случае может быть источником вторичного загрязнения воды.

Наряду с разбавлением радионуклидов в воде и сорбцией дном они накапливаются в гидробионтах в результате адсорбции и диф- фузии, поступления через органы дыхания и алиментарным путем.

Механизм накопления радионуклидов микрофлорой зависит от их химических свойств. Так, кальций для бактерий не является биогенным элементом, поэтому накопление радиоактивного стронция бактериями происходит за счет процесса физико-химической адсорбции атомов этого элемента на поверхности бактериальных клеток. В противоположность стронцию биогенный элемент 32Р ассимилируется бактериями в значительном количестве. Результаты экспериментальных исследований свидетельствуют о том, что при внесении в микробную взвесь радионуклидов уже через несколько минут удельная активность бактериальных тел становится во много раз выше, чем таковая водной среды, при этом с увеличением концентрации микробных клеток процент извле- ченных радиоактивных продуктов не возрастает. Таким образом, коэффициент накопления увеличивается при уменьшении числа микроорганизмов в водной среде. Кроме того, обнаружено уменьшение коэффициента накопления с возрастанием удельной активности воды. В зависимости от химических свойств радиоизотопов, вида микроорганизмов, удельной активности воды, ее рН и других условий коэффициент накопления для бактериальных клеток варьирует в широких пределах - от 100 до 4-6 млн и более.

Большая удельная поверхность тела у планктона, губок и некоторых других гидробионтов создает благоприятные условия для адсорбции ими значительного количества радиоактивных изотопов. Следует отметить, что скорость накопления планктоном радионуклидов значительна. Так, дафния накапливает 50-60% (предельное количество) радиоактивного стронция в течение 5 мин.

В последующем накоплении принимают участие и обменные процессы. Время, необходимое для максимального накопления радиоак- тивных продуктов зоопланктоном, составляет несколько часов.

У водных растений процесс накопления более медленный, так как главный путь поступления в них радиоактивных продуктов обусловлен процессами обмена. Предельное накопление в водорослях происходит в течение 7-30 сут.

У рыб основной путь поступления радионуклидов в организм алиментарный, поэтому в данном случае существенное значение имеет уровень загрязнения низших организмов, являющихся кор-

мом для рыб. Вместе с тем радиоактивные изотопы проникают в организм рыбы и через жабры. Значимость этого пути возрастает с повышением удельной активности. Время предельного накопления изотопов (при постоянстве концентрации) в теле рыб колеблется от 10 до 120 дней.

Коэффициент накопления радионуклидов тканями гидробионтов зависит от вида гидробионта, физико-химических свойств радиоизотопов, удельной активности воды, ее солевого состава, температуры и прочих условий. Водные организмы более интенсивно накапливают радиоизотопы биогенных элементов (фосфор, углерод и др.), а также элементы, родственные им по своим химическим свойствам. Как и для бактерий, коэффициенты накопления для гидробионтов уменьшаются с возрастанием удельной активности воды. Коэффициенты накопления у пресноводных организмов значительно выше, чем у обитателей морей и океанов (вместе с тем коэффициент накопления продуктов активации у морских гидробионтов выше, чем у пресноводных). Так, в 10 раз больше радиоактивного стронция накапливает рыба, обитающая в пресной воде, чем рыба морская. Накопление радиоизотопов происходит более интенсивно молодью рыбы (за счет более высокого уровня обмена веществ), чем взрослыми особями. Оптимальный уровень температуры воды для ее обитателей обычно соответствует максимальному накоплению радиоактивных продуктов.

В зависимости от указанных условий коэффициент накопления радионуклидов для планктона составляет 250-7500 и более, для водорослей - 100-28 000, для рыбы - 4-130.

При снижении удельной активности воды накопленные радиоактивные элементы из организма гидробионтов выводятся, причем интенсивность этого процесса тем выше, чем выше концентрация радионуклидов в тканях. В среднем в течение 10 дней пребывания в чистой воде планктон и водоросли теряют 95-97% общего количества накопленных продуктов. Выведение радионуклидов из тканей и органов рыб происходит с различной скоро- стью. Так, даже через 3 мес пребывания рыбы в чистой воде 90Sr обнаруживается в ее мышцах до 10%, а в костях до 50% от первоначального уровня.

При попадании радионуклидов в водоем наблюдают их миграцию на прибрежную территорию в результате метеорологиче- ских, гидрологических и биологических факторов. Важное место

в миграции радиоизотопов занимает деятельность человека. Роль метеорологического фактора заключается в переносе радиоактивных аэрозолей, возникающих в пределах зоны загрязнения водного бассейна. Загрязнение прилегающей территории возможно при разливах в период паводка (при этом почва активно адсорбирует радиоактивные продукты из воды). В процессе миграции радиоактивных элементов из водоема принимают участие прибрежные растения (ольха, ива и др.), насекомые, личиночная стадия которых протекает в водоеме, земноводные и водоплавающие птицы. Основную роль в рассеивании радиоизотопов из водоемов играет хозяйственная деятельность человека.

YAmedik.org