Поведение радионуклидов в водных экосистемах

Водные экосистемы являются своеобразными «приемниками» большинства химических элементов, включая радионуклиды. Последние поступают в гидрологическую сеть и, расположены в бессточных впадинах, замкнутые водоемы как непосредственно на водную поверхность с аэрозольными выпадениями и атмосферными осадками, так и с территории водосборного бассейна — с поверхностными и грунтовыми водами. В бессточных впадинах радиоактивные вещества надолго задерживаются, распределяясь, мигрируя и накапливаются в компонентах водоемов.

Радиоактивное загрязнение водных экосистем может происходить за счет большого многообразие форм и состава веществ, содержащих радионуклиды. При поступлении радиоактивных веществ в виде аэрозолей на водную поверхность и с территории водосбора происходит их рассеивания в водной толще и дальнейшее распределение по компонентам водных экосистем с установлением определенного динамического равновесия, которое определяется динамикой процессов сорбции и десорбции между жидкой (вода) и твердой (донные отложения, взвешенные вещества) фазами, а также накоплениям радионуклидов живыми организмами. Следует отметить, что при кратковременном поступлении в водоемы радионуклиды достаточно быстро поглощаются донными отложениями и водными организмами, в результате чего их удельная активность в воде быстро снижается. Концентрация же многих радионуклидов в водных растениях, животных и донных отложениях может длительное время сохраняться на высоком уровне с превышением их концентрации в воде на порядки величин.

Дальнейшие процессы вертикальной и горизонтальной миграции и перераспределения радионуклидов в водных экосистемах связанные с биогеохимической цикличностью перемещения веществ в природе и протекают значительно медленнее. При этом вместе с превосходящими седиментационнымы и сорбционными процессами депонирования радионуклидов в донных отложениях и осаждением на взвесь, важное значение имеет их миграция и накопление в трофической сети, а также дальнейшее участие в биотичном круговороте в результате жизнедеятельности водных организмов.

На основании характера распределения по основным компонентам водной экосистемы (вода, донные отложения, гидробионты) радионуклиды разделяют на четыре основные группы: гидротропы, эквитропы, педотропы и биотропы. К гидротропам относят элементы, которые остаются более чем на 75% в воде — это сера, хром, германий. В донные отложения и биомассу переходит не более 10% радионуклидов этих элементов, попавших в воду. Эквитропамы, то есть элементы, которые распределяются более или менее равномерно между водой, почвой и биомассой, оказались рубидий, стронций, рутений и йод. К педотропам, то есть элементам, большая часть которых концентрируется в донных отложениях, относят железо, кобальт, цинк, иттрий, цирконий, ниобий и цезий. Биотропамы есть элементы, большая часть которых концентрируется в биомассе — фосфор, кадмий, церий и ртуть.

Важную роль в судьбе радионуклидов в пресных водоемах играют донные отложения. Имея большую сорбционную массу и емкость поглощения, они осаждают на себе основную часть излучателей, попадают в водоем, и тем самым частично выводят их из биотического круговорота. В связи с этим большая роль донных отложений в процессах самоочищения воды от различных, в том числе радиоактивных веществ. Это происходит в результате сорбции радионуклидов поверхностью дна, дифузии с водой в толщу донных отложений за счет осаждения на дно взвешенных частиц, несущих сорбированые радионуклиды, а также в результате оседания на дно остатков отмерших гидробионтов (растительного и животного происхождения), также содержат в своих тканях радионуклиды.

Наибольшая сорбционная способность и поглощающая емкость свойственна донным отложениям, состоящие преимущественно из мелкодисперсных глинистых или мулистих частиц. Поэтому в местах, где на дне есть мощные отложения ила, можно ожидать гораздо большего накопления радиоактивных веществ, чем в устье рек, дно которых сформировано из чистых, хорошо промытых песков, галечников или скальных пород.

Поскольку большинство радионуклидов концентрируется преимущественно в верхнем наиболее заселенном бентосными беспозвоночными слое донных отложений, загрязненния последних радиоактивными веществами приводит к повышению уровня облучения обитателей дна, а также придонного слоя. Кроме того, донные отложения непроточных водоемов могут стать источником вторичного загрязнения среды радиоактивными веществами. Наконец, в мелководных водоемах загрязненных радионуклидами донные отложения могут обусловливать повышенные уровни° излучения над поверхностью водного зеркала, где слой воды не обеспечивает надлежащего экранирования излучений от дна.

Распределение и накопление радионуклидов в водных экосистемах зависит от различных гидрологических и гидрохимических показателей водной среды — интенсивности водообмена, концентрации в воде изотопных и неизотопных носителей, температуры, освещенности, щелочно-кислотных условий водной среды и тому подобное.

В зависимости от щелочно-кислотных условий среды могут меняться физико-химическое состояние и форма соединений радионуклидов, в свою очередь отражается на их сорбционных свойствах и накоплении донными отложениями водоемов.

Одним из важнейших факторов среды является температура. Она определяет видовой состав населения водоемов, горизонтальный и вертикальный его распределение и миграцию. От температуры воды зависит скорость протекания физиолого-биохимических процессов в организмах и темпы перераспределения химических элементов в компонентах водной экосистемы. В естественных условиях температура воды подвержена значительными колебаниями.

Температурный фактор влияет на накопление радионуклидов водной растительностью в разные сезоны года. В весенне-летние месяцы в условиях хорошего прогрева воды, освещенности и других благоприятных факторов растения находятся в состоянии наиболее большей биологической активности и, наращивая биомассу, интенсивно концентрируют радионуклиды и другие элементы. В осенний период эти процессы замедляются, а в зимний — практически прекращаются.

Необходимо также отметить, что хорошо развитая корневая система водорослей играет роль запасающих органа и достигает максимального развития осенью, когда происходит отток питательных веществ в корневище. При этом фитомасса, продуцируемый подземной частью некоторых видов (рогоз, камыш), может в 2-3 раза превышать массу наземных органов. Распространяясь в горизонтальной плоскости по всей площади фитоценоза, корневые системы воздушно-водных растений служат накопителями биогенных веществ, поэтому к концу вегетации минеральных и органические вещества, включая радионуклиды, поступающие из надземных органов в подземные.

Важным показателем миграционной способности радионуклидов в водной экосистемы является прочность их фиксации донными отложениями. Наименее прочно фиксируются 90Sr и 137Cs песчаной основой. В песчано-илистых и известковых донных отложениях оба радионуклиды закрепляются прочнее, а крепкое они фиксируются сапропелем, что можно объяснить наличием повышенного содержания мелкодисперсных илистых частиц и органического вещества. В большинстве почв фиксируется крепче, чем 90Sr . Переход 90Sr  из донных отложений в водный раствор увеличивается при подкислении среды. Особенно четко эта зависимость проявляется на известковой почве, содержащей повышенное количество карбонатов стронция. Прочность фиксации практически не зависит от рН среды.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

CAPTCHA image
*