Поведінка радіонуклідів у грунтах (стр. 3 )

Одна з головних ролей в поглинанні радіоактивних елементів грунтом належить пилу і мулу, що належать до високодисперсних частинок. Добре відомо, що чим дрібніші фракції грунту, тим повніше вони сорбують радіонукліди, тим більша їх вологоємкість, що також впливає на міграцію та сорбцію тих чи інших елементів.

При зменшенні розмірів частинок грунту прискорюються процеси вивітрювання, тобто - створення вторинних мінералів, гідроокислів заліза та алюмінію, вуглекислих солей Са, Мg, К (табл. 5.4).

Таблиця 4. Хімічний склад механічних фракцій

(чорнозем, глибина 100 см) (, 1981)

Фракції, мм	Окисли, %
SiО2	Al2O3	Fе203	СаО	MgO
0,05-0,01	90,75	6,44	1,37	0,18	0,17
0,01-0,005	88,49	7,12	1,47	0,21	0,15
0,005-0,001	79,44	10,71	3,74	0,41	0,72
0,001-0,00025	63,10	25,21	7,34	0,42	0,84
0,00025	55.24	30.24	11,39	0,43	0.97

Із зменшенням розмірів частинок збільшується кількість оксидів алюмінію, кальцію, магнію, тривалентного заліза, а кількість оксиду кремнію-зменшується. Збільшення вмісту обмінних Са та Мg значною мірою впливає на величину коефіцієнта розподілу (Кd) 90Sг, тобто на процес сорбції цього радіонукліда грунтом і на інтенсивність міграції його у рослини. Крім того, дрібнопилуваті та мулисті частинки містять найбільшу кількість органічних речовин, що також беруть участь у зниженні інтенсивності міграції радіоактивних елементів.

Фракції дрібного піску також фіксують радіонукліди (табл. 5,5.). При цьому відсоток поглинутого 137Сs може сягати 98,0%, що трохи менше, ніж мулистою фракцією. Але різниця полягає ще й у тому, що з піщинок фракції третина поглинутого радіонукліда може бути витіснена. Це, з одного боку, свідчить, що 137Сs сорбується головним чином мінеральною частиною грунту, а з другого - що рухливість його на піщаних грунтах значно вища. І дрібнодисперсними фракціями, і дрібним піском 90Sг сорбується не так повно, як 137Сs. До того ж він і фіксується ними дуже слабко, тому рухливість його майже завжди вища, ніж137Сs.

Таким чином, різні типи грунтів різняться своїм мінералогічним складом. Так, чорноземи мають значну кількість фізичної глини, тому радіонукліди, особливо І37Сs, досить міцно фіксуються у них. А дерново-підзолисті грунти, що переважають у лісах Полісся України, містять досить невелику кількість

Таблиця 5. Сорбція радіонуклідів фракціями дерново-підзолистого грунту (, Юдинцева Є. В., 1991)

Фракція	90Sr	137Cs
Поглинуто, % внесеного	Витіснено, % поглинутого	Поглинуто, % внесеного	Витіснено, % поглинутого
Дрібний пісок	77,1	97,1	98,7	35,0
Пил:		,
крупний	89,8	97,7	99.4	20,8
середній	95,2	91,8	99,4	21,0
дрібний	97,1	78,9	99,7	6,7
Мул	97,5	63,9	99.7	2,8

глинистих мінералів і мулу. Тому відсоток радіонуклідів, що сорбуються ними, значно нижчий, ніж на важких грунтах.

Вплив агрохімічних властивостей грунту на рухливість радіонуклідів

Вище вже зазначалось, що значна кількість радіонуклідів уже в перші роки після переміщення у грунт досить міцно фіксується. На перший погляд їх міграція має визначатися співвідношенням водорозчинної, обмінної та інших форм. Відомо, що чим більше водорозчинних і обмінних форм радіонуклідів у грунті, тим швидше вони рухаються. Але після того, як радіонукліди потрапили у грунт, з ними відбуваються різноманітні процеси, що змінюють їх рухливість. Внаслідок утворення важко - і нерозчинних сполук відбувається хімічне осадження радіонуклідів, завдяки сорбції глинистими мінералами з часом збільшується кількість радіоактивного елемента в кристалічній решітці. На перебіг усіх цих процесів впливає близько 10 характеристик ґрунтових умов.

Кислотність грунту. У лісах території радіоактивного забруднення України найбільше поширені дерново-пІдзолисті, оторфовані та торфові грунти. Вони відрізняються значною кислотністю, тому тут відмічається зростання частки водорозчинних і обмінних форм 90Sг і І37Сs. У зв'язку з цим в грунтах таких типів рухливість 90Sг та 137Сs підвищується, знижується міцність їх фіксації у грунті і зростає інтенсивність надходження їх у рослини. У той же час 60Со, 59Fе, 65Zn та деякі інші радіонукліди у кислих грунтах створюють різноманітні гідролізні та комплексні сполуки, що знижує їх рухливість. У частини радіоактивних елементів може бути кілька підвищень їх рухливості при зміні кислотності грунту.

В основі зазначених процесів лежать: пряме розчинення хімічних сполук; витискання окремих хімічних елементів у розчин в результаті поглинання у грунті іонів водню; зміни у міцності фіксації гідролізованих форм тощо. Внесення значних доз карбонатів Са, К, Na у кислі дерново-підзолисті грунти зумовлює зниження інтенсивності надходження 90Sг і '137Сs у рослини.

Збільшення в грунті карбонатів призводить до зменшення кількості фульвокислот, які на відміну від гумінових створюють більше колоїдних сполук. Тому на грунтах знижується втроє кількість водорозчинних форм 90Sг (карбонатний чорнозем) та на 4-6 % зростає кількість необмінного радіостронцію [2].

Механічний склад грунту. Механічний склад грунту впливає на його водні, повітряні, механічні та хімічні властивості. Піски складаються головним чином з первинних мінералів. У міру зменшення розмірів піщаних частинок збільшується їх вологомісткість. Кількість глинистих мінералів у піщаних грунтах незначна. У фракціях пилу та мулу кількість вторинних мінералів збільшується. З підвищенням вмісту вторинних мінералів сорбційна здатність грунтів зростає. Крім того, на міграцію радіонуклідів у грунтах впливають ступінь дисперсності, кількість гумусу та обмінних катіонів у дрібних фракціях.

Вміст гумусу. Гумінові та фульвокислоти адсорбують іони і створюють складні комплекси з радіоактивними елементами. Цим вони перешкоджають надходженню радіонуклідів у рослини. Частина органічних комплексів з радіонуклідами частково доступна для рослин, при цьому з фульватів доступність 90Sг і І37Сs вища, ніж з гуматів. Рухливість радіонуклідів змінюється залежно від того, в розчинній чи нерозчинній формі перебувають новоутворені органічні комплекси. Але найчастіше збільшення вмісту гумусу в грунті зумовлює зниження інтенсивності надходження радіонуклідів у рослини. Так, наприклад у лісових грунтах спостерігається накопичення та утримання радіоактивних елементів у розкладеній частині лісової підстилки та у верхньому шарі гумусово-єлювіального горизонту.

Цікаво, що органічні речовини відіграють визначну роль у сорбції радіойоду. Іак, при внесенні 131І в дерново-підзолистий грунт, вилугований чорнозем і низинний торф його значна частина (37-55 %) зв'язується з гумусовими кислотами [12].

Вміст хімічних аналогів радіонуклідів. Для рухливості радіонуклідів у системі "грунт-рослини" важливе значення має вміст їх аналогів - елементів зі схожими хімічними властивостями. Для І37Сs та 90Sг це калій і кальцій. Для кобальту, ітрію, церію - залізо та алюміній. Особливістю цих взаємовідносин є те, що радіонукліди містяться в грунтах у мікрокількостях, а їх хімічні аналоги - у макрокількостях. Численні експерименти вказують, що наявність у грунті хімічних аналогів знижує інтенсивність сорбції радіонуклідів грунтом із розчину. В основу заходів, спрямованих на зниження радіоактивного забруднення культурних рослин, покладено внесення в грунт добрив, що містять стабільні ізотопи кальцію та калію.

Грунтова волога. Досить істотна роль у міграції радіонуклідів у грунті ґрунтової вологи. Встановлено, що у піщаних дерново-пїдзолистих грунтах 90Sг мігрує вертикальним профілем навіть з гравітаційною водою. В той же час 137Сs і І44Се не відзначаються такою міграційною здатністю. Міграційна здатність 238U із збільшенням вологості грунту зростає [6].

Розподіл радіонуклідів у грунтах різних типів екосистем

В агробіогеоценозах основна маса радіонуклідів більш менш рівномірно розподіляється у орному 25-30 см шарі. На цій глибині чітко відмічається зона акумуляції радіоактивних речовин, де проходить межа між орним і непорушеним шарами грунту. Існує стійка тенденція збільшення кількості обмінних форм радіонуклідів при інтенсивності обробітку грунту (проведення різних обробок, внесення мінеральних добрив) по відношенню до непорушених земель. Для орних земель властиве і більш менш рівномірний розподіл радіонуклідів за хімічними формами знаходження у грунті.

Для непорушених (цілинних) земель радіонукліди розподіляються у вертикальному профілі грунту за експоненціальним законом з переважанням у верхніх шарах. По мірі заглиблення питома активність їх у ґрунтових шарах багатократно зменшується. Пряма зворотна залежність характерна для рухливих форм (водорозчинної, іонообмінної) знаходження радіонуклідів у грунті. Частіше, по мірі заглиблення їх кількість зростає.

На лугах радіонукліди міцно утримуються дерниною у верхньому 5-см шарі, що пояснюється більшому вмісту гумуса. З цього шару радіоактивні елементи дуже повільно мігрують. Дещо більша міграція спостерігається на грунтах легкого механічного складу. Для луків, що утворились на торф’яних грунтах, більша частка радіонуклідів знаходиться у необмінній формі.