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

CAPTCHA image
*