Научный журнал

Фундаментальные исследования

ISSN 1812-7339

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,674

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Черненькая Е.В. 1 Рихванов Л.П. 1 Барановская Н.В. 1

---

1 ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»

Проведен анализ динамики содержания 239Pu и 238Pu в чернике обыкновенной (Vaccinium myrtillus) и лабазнике вязолистном (Filipendula Ulmaria (L) Maхim) юга Западной Сибири. Установлены уровни активности изотопов плутония до 1945 года (доядерный период времени), в период ядерных испытаний в атмосфере и в современный период времени. Учитывалась различная техногенная нагрузка для различных регионов юга Западной Сибири. Установлены различные тенденции в накоплении изотопов плутония растительностью для Томской области, Республики Алтай, обусловленные наличием плутониевого производства в Томской области. Зафиксирован «пятнистый» (не повсеместный) характер выпадения плутония на поверхность и, соответственно, загрязнения растительности. По результатам измерения удельных активностей изотопов плутония в растительности отмечаются более высокие отношения 238Pu/239Pu, чем принято считать для почвы, донных отложений и воды.

Статья в формате PDF

733 KB

плутоний

239Pu

238Pu

черника обыкновенная (Vaccinium myrtillus)

лабазник вязолистный (Filipendula Ulmaria (L) Maхim)

Западная Сибирь

Республика Алтай

Томская область

ядерный техногенез

1. Архангельская Т.А. Ретроспективная оценка радиоэкологической ситуации по результатам исследования годовых колец срезов деревьев: автореф. дис. ... канд. геол.-мин. наук. – Томск, 2004.

2. Атурова В.П. Плутоний в почвах Красноярского края: автореф. дис. ... канд. биол. наук. – Красноярск, 2001.

3. Берчук В.Ю., Рихванов Л.П., Готье-Ляфай Ф. Уровни накопления и характер распределения лантаноидов и трансурановых элементов в вертикальном разрезе пойменных почв протоки Чернильщиково р. Томи // Известия Томского политехнического университета. – 2012. – Т. 320. – № 1. – С. 170 –178

4. Кац В.Е., Патрин А.А. Изучение последствий ядерных испытаний и антропогенного загрязнения окружающей среды на территории республики: Отчет о НИР. – Майма: ГП «Алтай-Гео», 1993.

5. Межибор А.М. Экогеохимия элементов-примесей в верховых торфах Томской области: автореф. дис. ... канд. геол.-мин. наук. – Томск, 2009.

6. Мешков Н.А., Вальцева Е.А., Аветисов Г.М. и др. Медико-социальные последствия ядерных испытаний: монография. – М.: Воентехиниздат, 2003. – 398 с.

7. Молчанова И.В., Михайловская Л.Н., Позолотина В.Н. и др. Техногенные радионуклиды в почвах восточно-уральского радиоактивного следа и их накопление растениями различных таксономических групп // Радиационная биология. Радиоэкология. – 2014. – т. 54, № 1. – С. 77–84.

8. Рихванов Л.П. Общие и региональные проблемы радиоэкологии. – Томск: Изд-во ТПУ, 1997. – 384 с.

9. Рихванов Л.П., Робертус Ю.В. Некоторые особенности радиоактивного загрязнения территории Горного Алтая // Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека: матер. IV Межд. конфер. – Томск: «Тандем-Арт», 2004. – С.769–771.

10. Робертус Ю.В. Радиоэкологическая обстановка на территории Республики Алтай // Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека: матер. IV Межд. конфер. – Томск, 2013. – С. 456–460.

11. Трансурановые элементы в окружающей среде: пер. с англ. / под ред. У.С. Хэнсона. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 344 с.

12. Уткин В.И., Чеботина М.Я., Евстигнеев А.В. и др. Особенности радиационной обстановке на Урале. – Екатеринбург, 2004.

13. Эмсли Дж. Элементы: пер. с англ. – М.: Мир, 1993. – 256 с.

14. Delaney M.S., Francis C.W. The relative uptake of Pu (IV) and Pu (VI) oxidation states from water by bushbeans / Health Phys. – 1978. – 34. – Р. 492–494.

15. Gautthier-Lafaye F., Pourcelot L., Eikenberg J et. al. Radioisotop contaminations from releases from the Tomsk-Seversk nuclear facility (Siberia, Russia // J.Environ. Radioactiv. – 2007. – Vol. 98. – Р. 301–314.

16. Hardy E.P., Krey P.W., Volchok H.L. Global inventory and distribution of fallout plutonium / Nature 241. – 1973. – С. 444–445.

17. Outola L. Effect of industrial pollution on the behaviour of239,240Pu, 241Am and 137Cs in forest ecosystems: academic dissertation. – Helsinki, 2002. – 46 c.

18. Reimann C., Koller F., Frengstad B. Comparison of the element composition in several plant species and their substrate from a 1 500 000-km2 area in Northern Europe // The Science of the Total Environment 278 (2001). – С. 87–112.

19. Schell W.R., Lowman F.G., Marshall R.P. «Geochemistry of transuranic elements at Bikini atoll» / Transuranic elements in the environment (Hanson W.C., Ed.), Rep. DOE/TIC-22800, Technical information centre, US Department of Energy, Oak Ridge, TN, 1980.

20. Skwarzec В., Boryło A., Prucnal M. и др. Accumulation of Uranium (234U and 238U) and Plutonium (239+240Pu) in Cervid Tissues and Organs / Polish J. of Environ. Stud. – 2010. – Vol. 19, № 4. – С. 771–778.

Плутоний – это искусственный, созданный человеком радионуклид, который появился в 1940 г. и дал наряду с 235U начало эре ядерного оружия [13]. Плутоний в окружающей среде является огромной экологической проблемой из-за наличия его долгоживущих изотопов в десятки тысяч лет (239Pu, 240Pu многие тысячи лет) и биологического периода полураспада, что делает его высоко радиотоксичным [11, 13].

Основными источниками поступления плутония в окружающую среду были испытания ядерного оружия в атмосфере в 1945–1970 гг., аварии на атомных станциях, деятельность предприятий ядерно-топливного цикла по переработке ядерного топлива, аварии спутников [8, 11].

На территории Сибири помимо глобальных выпадений плутония существуют еще и локальные источники его поступления в природные среды. Таковыми являлись Сибирский химический комбинат (СХК) и Горно-химический комбинат (ГХК), на которых осуществлялся практически полный цикл ядерных производств [3, 8, 15].

Общеизвестно, что растительность, как биоиндикатор, отражает поступление химических элементов в природную среду из почвы и атмосферы. Существует большое количество исследований как российских, так и зарубежных ученых по уровню накопления изотопов плутония в различных природных средах, в том числе в растительности [1, 5, 7, 9, 10, 14, 17, 18, 20]. В своем большинстве они показывают, что массовое накопление плутония происходит в период испытания ядерного оружия.

Цель исследования – изучить активность изотопов 239Pu и 238Pu в гербарных и современных сборах некоторых видов растительности юга Западной Сибири. Для территории юга Сибири информация по удельной активности изотопов плутония практически отсутствует. Это особенно актуально для территории Томской области, где с 1955 года работает завод в составе Сибирского химического комбината по наработке оружейного плутония [8]. При этом существенный интерес представляет получение сравнительной информации по накоплению плутония в растительности в разных временных периодах ее сбора: доядерном (до 1945 г.), ядерном (1945–1963 гг.), современном (1964 – по настоящее время).

Материалы и методы исследования

Для того чтобы получить данные по материалам прошлых лет, было принято решение использовать гербарные материалы. Были отобраны образцы растений с 1901 по 1985 гг. в гербариях им. П.Н. Крылова «НИ Томского государственного университета» – 5 образцов, и Центрального Сибирского Ботанического сада СО РАН – 10 образцов. В точках сбора гербарного материала авторами были отобраны эти же виды растений в 2012 г. Всего на содержание плутония было проанализировано 17 образцов растительного материала, из них 4 пробы – черника обыкновенная (Vaccinium myrtillus), 13 проб лабазник вязолистный (Filipendula Ulmaria (L) Maхim). Схема размещения проб показана на рис. 1.

Пробоподготовка к альфа-спектрометрическому анализу на содержание 239Pu и 238Pu проводится поэтапно, по многоступенчатым положениям утвержденных методик НСАМ № 406-ЯФ и НСАМ № 407-ЯФ с электролитическим осаждением изотопов плутония прибором Gwinstek GPC-3060 D на стальную подложку с заранее измеренным фоном. Методики утверждены Федеральным научным центром лабораторных исследований и сертификации минерального сырья ВИМС от 31.03.1999 г., центром метрологии ионизирующих излучений ГНМЦ ВНИИФТРИ Госстандарта РФ от 19.08.1999 г. После электроосаждения высушенная подложка помещается для анализа в ионизационную импульсную камеру альфа-спектрометра фирмы ORTEC. Обработка результатов производится в программе AlphaVision 5.3.

Для обеспечения внутреннего контроля измерение одной пробы проводилось 3 раза в разных камерах альфа-спектрометра. Внешний контроль качества измерений проведен лабораторией изотопных методов анализа ВИМС (г. Москва). Результаты показали удовлетворительную сходимость.

Результаты исследования и их обсуждение

Полученные данные по активности изотопов плутония представлены в табл. 1.

а б

в

Рис. 1. Схема размещения проб гербарного и современного растительного материала для анализа: а – Республика Алтай; б – Томская область; в – Алтайский край

Таблица 1

Удельная активность 239Pu и 238Pu в чернике обыкновенной и в лабазнике вязолистном территории Томской области и Алтайского края и Республики Алтай

Анализ этих материалов показывает, что в гербарных сборах всех видов растительности, отобранной в доядерный период, активность изотопов плутония находится на уровне ниже предела определения используемой методики (0,01–0,02 Бк/кг). В период ядерных испытаний в атмосфере (50–60-е гг.), а в районе размещения предприятий ЯТЦ отмечаются более высокие уровни накопления изотопов плутония в рассмотренных типах растительности (рис. 2, 3).

Рис. 2. Динамика удельной активности 239Pu в составе черники (Vaccinium myrtillus) и лабазника (Filipendula Ulmaria (L) Maхim) территории юга Западной Сибири, Бк/кг сухого вещества

Рис. 3. Динамика удельной активности 238Pu в составе черники (Vaccinium myrtillus) и лабазника (Filipendula Ulmaria (L) Maхim) территории юга Западной Сибири, Бк/кг сухого вещества

По техногенной радиационной нагрузке Томская область и Республика Алтай существенно различаются. На территории Республики Алтай отсутствуют производства, на которых используются материалы, содержащие плутоний [4, 8]. На современную радиационную обстановку в регионе в наибольшей степени оказывают влияние прошлые локальные выпадения долгоживущих радионуклидов (137Cs, 90Sr, 239, 240Pu), поступивших при наземных и воздушных ядерных взрывах на Семипалатинском испытательном полигоне (СИП) в 1949–1962 гг. и на полигоне Лобнор в 1970–1980 гг. [4, 6, 9, 10]. Следует отметить, что выпадения имеют «пятнистый» характер и зависят от орографических и климатических особенностей региона [9].

Аналогичная ситуация установлена нами и для лабазника вязолистного, отобранного в районах Семинского и Катунского хребтов (рис. 4 и 5).

Выявлено, что динамика содержания плутония в составе лабазника хорошо коррелирует со временем интенсивных ядерных испытаний в атмосфере на расположенном на сопредельной территории Семипалатинском испытательном полигоне. Поступление плутония в состав лабазника приходится на 1951 год для территории Семинского хребта и на 1956 год для территории Катунского хребта. В сборах лабазника 1902, 1913, 1984 и 1985 годов плутоний не обнаружен. Проанализированные нами пробы лабазника в районе оз. Телецкого (07.07.1961 г.) и в районе д. Сентелек Чарышского района (21.05.1955 г.) не показали наличия в них плутония, хотя в эти годы испытания на СИП проводились и следы ядерных взрывов были обнаружены на территории республики [4, 6, 9, 10]. Этот факт может свидетельствовать о «пятнистости» (неравномерности) выпадений плутония на поверхность земли.

Рис. 4. Динамика содержания 239Pu в составе лабазника (Filipendula Ulmaria (L) Maхim) с территории Семинского и Катунского хребтов Республики Алтай, Бк/кг сухого вещества

Рис. 5. Динамика содержания 238Pu в составе лабазника (Filipendula Ulmaria (L) Maхim) с территории Семинского и Катунского хребтов Республики Алтай, Бк/кг сухого вещества

Кардинально иная ситуация в отношении уровня активности изотопов плутония в составе растительности наблюдается в Томской области (рис. 6). Это, на наш взгляд, обусловлено тем, что на данной территории функционирует с 1955 года плутониевое производство. Его присутствие в этом районе фиксируется во многих средах (почва, донные отложения, торф и др.) [1, 2, 3, 5, 8, 15].

В проанализированных образцах черники, отобранных в районе п. Тимирязево близ г. Томска, присутствие плутония устанавливается не только в ядерный период (сбор 1962 года), но и в современных сборах 2012 года.

Таким образом, устанавливается, что для растительности Республики Алтай и Томской области наблюдаются принципиально различные тенденции в накоплении плутония. В районе, где содержание плутония обусловлено только глобальными выпадениями, содержание плутония в растительности устанавливается только в растительных сборах ядерного периода (1945–1963 гг.), а в районе, где функционирует предприятие ЯТЦ, содержание плутония в растительности фиксируется и в современном периоде времени (рис. 7).

При изучении плутония в природных средах обращается внимание на соотношение его изотопов, например, 238Pu к 239Pu, что позволяет установить вероятный источник его поступления [11, 16].

Отношение 238Pu/239Pu в составе черники обыкновенной и лабазника вязолистного показано в табл. 2 и рис. 8.

Рис. 6. Динамика содержания 239Pu и 238Pu в составе черники (Vaccinium myrtillus), собранной в районе п. Тимирязево Томской области в разные годы, Бк/кг сухого вещества

а б

Рис. 7. Обобщенная сравнительная диаграмма поступления плутония в растительность в районах с отсутствием ядерных производств (а) и в районе с предприятием ядерно-топливного цикла (б)

Таблица 2

Отношение 238Pu/239Pu в составе черники (Vaccinium myrtillus) и лабазника вязолистного (Filipendula Ulmaria (L) Maхim)

Рис. 8. Отношение 238Pu/239Pu в составе черники (Vaccinium myrtillus) и лабазника вязолистного (Filipendula Ulmaria (L) Maхim)

В сборах растительности отмечаются более высокие отношения 238Pu/239Pu (от 0,28 до 2,67), чем принято считать для глобальных выпадений от испытания ядерного оружия в атмосфере. Общепринятая величина отношения 238Pu/239Pu изменяется от 0,02 до 0,04 и установлена для почв, донных отложений, льда и воды (Wan, Druffel, Peter и мн. др.). Такая величина отношения изотопов обусловлена глобальными выпадениями плутония, поступившего в окружающую среду при испытании ядерного оружия в атмосфере [16].

Наблюдаемые нами высокие отношения 238Pu/239Pu можно объяснить, на наш взгляд, более высокой подвижностью 238Pu по отношению к 239Pu в живом веществе. Так, в работе W.R. Schell на основе повышенных отношений 238Pu и 239Pu сделано заключение о преимущественной подвижности 238Pu [19]. Такой вывод обусловил появление гипотезы о быстром истощении вещества с высокой удельной активностью 238Pu, что и служит причиной повышенной растворимости. В опытах по выращиванию растений на гидропонных растворах, содержащих плутоний, было доказано, что растения могут эффективно накапливать растворимый плутоний [14]. К тому же в работе польских ученых показано, что у 238Pu фактор передачи (коэффициент биологического поглощения) в живом веществе значительно выше, чем у 239Pu [20].

Выводы

Выполненные исследования по удельной активности изотопов плутония в кустарничковой (черника обыкновенная) и травянистой (лабазник вязолистный) растительности юга Западной Сибири показали:

1. Измеряемо значимые активности 239Pu и 238Pu обнаруживаются в гербарных сборах растительности, отобранных в период с 1945 по 1963 год на всех характеризуемых территориях, тогда как в период доядерного техногенеза (до 1945 года) они не обнаруживаются на детектируемом уровне измерения.

2. В современный временной период изотопы Pu обнаруживаются только в Томском регионе на уровне 0,15 Бк/кг 239Pu и 0,06 Бк/кг 238Pu, что с высокой долей вероятности объясняется функционированием в этой местности плутониевых производств на Сибирском химическом комбинате.

3. Отношение изотопов 238Pu к 239Pu для растительности юга Западной Сибири колеблется от 0,3 до 2,7 в материале гербарных сборов, характеризующих ядерный временной период. В Томском районе в современный период этот показатель составляет 0,4. Эти показатели значительно выше, чем показатели этого отношения, взятые за характеристику глобальных аэрозольных выпадений от испытания ядерного оружия в атмосфере около 0,02–0,04 при изучении почв, донных отложений, льда, воды.

Это, как нам представляется, обусловлено спецификой миграции и накопления 238Pu в живом веществе.

Авторы выражают благодарность сотрудникам «НИ Томского государственного университета»: заведующей гербарием им. П.Н. Крылова, д.б.н., профессору кафедры ботаники И.И. Гуреевой; д.б.н., профессору кафедры экологического менеджмента М.В. Олоновой; старшему лаборанту гербария им. П.Н. Крылова Н.В. Курбатской; а также сотрудникам Центрального сибирского ботанического сада СО РАН старшему научному сотруднику к.б.н. И.Г. Боярских и научному сотруднику С.А. Красниковой за помощь в организации отбора проб гербарного материала.

 Рецензенты:

Язиков Е.Г., д.г.-м.н., профессор, заведующий кафедрой геоэкологии и геохимии Института природных ресурсов, ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет», г. Томск;

Адам А.М., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой экологического менеджмента Биологического института, ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский государственный университет», г. Томск.

Работа поступила в редакцию 02.03.2015.

Библиографическая ссылка