Естественная и антропогенная радиоактивность почв
Международный
Университет природы, общества и человека «Дубна»
Филиал
«Угреша»
Кафедра
экологии и природопользования
Курсовая
работа по почвоведению
Тема:
«Естественная и антропогенная радиоактивность почв»
Выполнил:
Зудов Д.С.
Студент
II курса
Группы
ЭГ-09
Проверила:
доц. Юдина Н.В.
г.
Дзержинский 2011 год
Содержание
радионуклид почва растение
Введение
Глава
1. Актуальность тематики, глоссарий
Глава
2. Состояние в почвах естественных радионуклидов урана, радия и тория (обзор)
Глава
3. Глава 3. 
в
компонентах природных комплексов 30-километровой зоны влияния Смоленской АЭС9
Глава
4. Естественная радиоактивность глинистых и песчаных почв и дозы облучения
населения в регионах Хиит и Иншас (Египет)
Заключение
Введение
Данная курсовая работа посвящена естественной и
антропогенной радиации в почве и её поглощении. В этой работе рассматриваются
процессы закрепления радиоактивных изотопов в разных видах почв и при каких
факторах происходят данные процессы.
Для достижения цели исследования были поставлены
следующие задачи:
Изучение поглощения радиоактивных элементов
почвой при разных условиях.
Прочитать и проанализировать статьи научного
журнала «Почвоведение»:
1) Состояние в почвах естественных
радионуклидов урана, радия и тория (обзор). (Н.Г. Рачкова, И.И. Шуктомава, А.
И. Таскаева, 2010 г.)
2) В
компонентах природных комплексов 30-километровой зоны влияния смоленской АЭС.
(О.Б. Цветновая, А.И. Щеглов 2009 г.)
) Естественная
радиоактивность глинистых и песчаных почв и дозы облучения населения в регионах
Хиит и Иншасс (В.М. Бадави 2009 г.)
Составить глоссарий;
Сделать вывод на основе полученных данных.
Использовались следующие методы:
1) Реферирование статей
2) Графический метод анализа.
Глава 1. Актуальность тематики. Глоссарий
Радиоактивность почв, как естественная, так и
антропогенная в наши дни является важным вопросом для исследования. Это
связанно с недавними катастрофическими событиями на Чернобыльской АЭС и на АЭС
Фукусима-1. Так же с каждым годом увеличивается потребность во всё новых
источниках энергии, самым мощным и чистым из которых является атомная
энергетика. Однако многие считаю атомную энергетику опасной и сильно влияющей
на окружающую среду. Чтобы доказать обратное проводились и проводятся
исследования доказывающие, что при правильной эксплуатации воздействие на
окружающую среду и почву минимальное, сопоставимое с естественной радиацией.
Глоссарий.
Сорбция - поглощение твёрдым телом или жидкостью
вещества из окружающей среды.
Соосаждение - , переход в осадок примесей
(микрокомпонентов), сопутствующий осаждению основного вещества
(макрокомпонента) из раствора, расплава или пара, содержащих несколько веществ
Гидролиз (от гидро и греч. lýsis
- разложение, распад), реакция ионного обмена между различными веществами и
водой
Гидратация (от греч. hydor - вода), процессы
связывания воды химическими веществами.
Фульвокислоты (ФК) - группа гумусовых кислот,
растворимых в воде, щелочах и кислотах.
Корреляция статистическая взаимосвязь двух или
нескольких случайных величин
Дерново-подзолистые почвы - это подтип подзолистых
почв. Они формируются под мелколиственными лесами, смешанными с хвойными
породами. По составу во многом они схожи с подзолистыми почвами.
Радионуклиды - радиоактивные атомы с данным
массовым числом и атомным номером а для изомерных атомов - и с определенным
энергетическим состоянием атомного ядра.
Глей, глеевый горизонт - горизонт почвенного
профиля, характеризующияся зелёной, голубой, сизой или неоднородной сизо-ржавой
окраской, бесструктурностью и низкой порозностью.
Гумидный литогенез - образование осадочных
горных пород на континентах и в морях в условиях гумидного климата.
Фракции - часть сыпучего или кускового материала
(например, песка, дробленой породы) либо жидкой смеси (нефти и другого),
выделенная по определенному признаку (по размеру частиц, плотности и др.).
Био́та -
исторически сложившаяся совокупность видов
<#"513690.files/image002.gif">, склонным к гитратации,
комплексообразованию и гидролизу.
При концентрации свыше 0.2 мг/л
урана гидролизуется в слабокислых почвах (pH 2-4.2) . На
поведение урана влияют псевдоколлоидные свойства гидратированного уранила и его
адсорбция на частицах с положительным зарядом поверхности. При pH 5-6 коллоид
перезаряжается, и катионы урана переходят на отрицательно заряженные
коллекторы. Уран может мигрировать в сорбционном виде на гидроксидах железа,
глинистых частицах, органических взвесях. На поверхности коллоидной формы 
уранил-ион
образует прочное комплексное соединение. В природных водах с pH<7.5 и
концентрацией фосфатов 1 мкМ доминирует ион 
. В отсутствии ортофосфат-ионов в
средах с низкими (1мМ) концентрациями карбонатов продукты гидролиза уранила
преобладают в интервале pH 2-12. Прочность комплексов
элемента с гуминовыми кислотами в среднем в 1.5-2 раза выше, чем с
фульвокислотами. В восстановительных условиях при pH 5 гуминовые
кислоты, а при pH 6.0-6.6 - фульвокислоты осаждают
уран, в окислительных - образуются растворимые соединения. Концентрация
карбонатов 1 мМ почти исключает образование растворимых продуктов гидролиза и
препятствует гуматному связыванию при меньших 0.1 мкМ содержаниях гуматновых
кислот. При их концентрации 50 нМ и низких (0.5 мМ) содержаниях карбонатов
образование гуматов урана доминирует.
Радий. Поглощению радия в почвах
способствует высокая концентрация сульфат-иона, низкие содержания кальция и
небольшая ионная сила раствора. Ион 
малосклонен к комплексообразованию.
В присутствии органических веществ в почве повышается подвижность и снижается
эффективность радиоэлемента. В условиях не загрязнённых поверхностных растворах
возможны соосождение радия с карбонатами кальция, гидротированными оксидами
железа и сорбция радиоактивного элемента глинистыми элементами, коллоидной
кремнекислотой, оксидами марганца. Радий избирательно поглощается коллоидами
кремнекислоты даже из высококонцентрированных растворов бария.
Торий. Ионы 
существуют
только в средах с pH 2-3. Он находится в виде полимерных
продуктов гидролиза в природных поверхностных водах и в отсутствии
комплексообразователей. Торий в виде полимерных продуктов гидролиза эффективно
поглощается тонкодисперсными фракциями глинистых минералов и гуминовой кислоты.
В природных растворах осаждению тория препятствует комплексообразование тория с
органическими лигандами. Торий может мигрировать в форме координационных
соединений с фторит-, сульфат-, фосфат-, хлорид-, нитрат карбонат- ионами. В
грунтовых водах высокое содержание органических веществ и низкое pH
способствует поглощению тория почвами.
Закрепление урана, радия и тория
твёрдофазными компонентами почвы. Согласно накопленным данным, поглощение
урана, радия, тория зависит от химических свойств, физико-химического состояния
и концентрации элементов, гранулометрического и минералогического состава почв,
содержание органического вещества, присутствие в растворе некоторых ионов,
миграционноспособных коллоидов, комплексообразователей и т.д.
Форма нахождения радионуклидов при поступлении
в почву и их распределение по почвенному профилю. В условиях загрязнения
радиоэлементы фиксируются в верхних горизонтах почвы глинистыми минералами и
органическим веществом почв. При загрязнении изотопы радия мигрируют в более
глубокие почвенные горизонты. Радий фиксируется в органоминеральном комплексе
верхнего горизонта. Решающие влияние на процессы закрепления радия в
загрязнённых почвах оказывает pH, катионный состав среды и
концентрация кальция и бария. Совместное присутствие кальция и органического
вещества усиливают степень и прочность поглощения радия. В отсутствии кальция
наблюдается обратное действие. Со временем физико-химическое состояние и
прочность закрепления урана, радия и тория в радиоактивных - загрязнённых
почвах может изменяться. На основе проведённых опытов обнаружено, что
биологическое поглощение урана зависит от его исходной физической формы.
Прочность сорбции водорастворимого радия со временем возрастает. В минеральной
толще почвенного профиля даже спустя 2 года преобладает обменная форма
радиоэлемента.
Сорбция и мобильные формы
радионуклидов в почвах. Значения коэффициента межфазного распределения
радионуклидов сильно варьирует даже в средах одного типа. Так, в песчаных
почвах для радия они составляют от 106 до 3.8×10
, для урана
- от 0.13 до 16.0 мл/г. Различия обусловлены механизмами взаимодействия с
почвенными компонентами. Для почв гумидной зоны выдерживается ряд миграции
элементов Ra>U>Th.
Концентрация радионуклидов в жидкой
фазе в зависимости от pH. При увеличении в жидкой
фазе содержания урана и тория, концентрация элементов уменьшается. При
возрастании концентрации тория степень его поглощения луговой почвой
увеличивается. Максимум сорбции тория наблюдается в нейтральных и слабощелочных
средах, минимум в кислых. В зависимости от параметров сорбции почвой урана от
кислотности жидкой фазы существует несколько максимумов. В интервале pH от 9.5 до
10.5 происходит резкое увеличение коэффициентов распределения нуклеотида. При
гидролизной формы уранила преобладают в интервале pH от 2 до 12.
Поэтому извлечение урана из почв не возрастает. При pH свыше 10
уменьшается извлечение урана. Для радия при pH 1 сорбция
выше, чем при pH 2-6. При pH 1-2
достигается высшая подвижность радиоэлемента. Наибольшее количество
радиоэлемента удается извлечь в растворе хлорида железа. Сорбция радия
возрастает с увеличением водородного показателя среды приближаясь при pH 10 в
сильноподзолистой почве. Поглотительная способность радия возрастает в щелочной
среде.
Вывод. На основе вышеперечисленных
данным мы определили, что интенсивное и прочное поглощение урана, радия и тория
происходит в основном за счёт органического вещества и глинистых минералов. За
закрепление в почвах урана и тория ответственны процессы ионного обмена,
комплексообразования, гидролиза и окисления-восстановления. Для радия наиболее
важным считается ионный обмен. По словам автора, сложившиеся методологии
исследования не позволяют в полной мере оценить трансформацию форм и механизма
связывания радионуклидов в почве.
Диаграмма. Процент поглощенных
радионуклидов почвой.
Глава 3. в
компонентах природных комплексов 30-километровой зоны влияния Смоленской АЭС
В данной статье рассматриваются
особенности накопления и перераспределения в компонентах природных экосистем,
расположенных в 30-километровой зоне влияния Смоленской АЭС.
Задачи: определение уровня
воздействия Смоленской АЭС и Чернобыльской аварии на окружающие экосистемы в
пределах 30-километровой зоны влияния Смоленской АЭС.
В Российской Федерации Смоленская
АЭС одна из более эффективных по «культуре безопасности», она функционирует
более 25 лет. В связи с постоянными технологическими выбросами АЭС в течении её
многолетней эксплуатации и таких долгоживущих радионуклидов как и 
требуется
оценка воздействия на природную среду. Проведённые исследования показали, что
плотность загрязнения почвы по в зоне влияния Смоленской АЭС
укладывается в диапазон величин, установленных для данного региона в
постчернобыльский период и изменяется в 2-3 раза. В зоне влияния Чернобыльской
АЭС плотность загрязнения почвы по составляет 6 математических
порядков. В настоящее время уровень загрязнения на исследуемой территории
существенно не снизился. Максимальные запасы отмечается в почвах лесных
биогеоценозах (БГЦ), а минимальных в болотных почвах. Наибольшие коэффициенты
варьирования отмечается
в почвенном профиле лесных фитоценозов. Максимальное значение коэффициентов
вариации наблюдается в слое лесной подстилки, минимальные зафиксированы в слое
от 0 до 5 см. Возрастание вариации в горизонте лесной подстилки обусловлена
пространственной неоднородностью содержания в составе опада. А увеличение
рассматриваемого показателя в нижней части профиля лесных почв связано с
различием в интенсивности в течении миграционных процессов по стационарным
пробным площадям (СПП). Основная активность сосредоточена в верхней части толщи
почв. В хвойных почвах наибольшая его активность удерживается в горизонте
лесной подстилки и напротив в односантиметровом слое почв ельника сосредоточено
примерно на 10% больше запасов , чем в аналогичном слое сосняк. В
почвах березняка наблюдается перемещения всей активности в минеральные слои.
Это связано с большим обилием мезофауны в почвах лиственных фитоценозов. В
почвах луговых участков большое влияние на перераспределение радионуклида
оказывает тип фитоценоза и характер его использования. Отмеченные различия в
распределении в почвах
исследуемых биогеоценозов (БГЦ) позволяют утверждать, что хвойные леса обладают
наиболее выраженными барьерными функциями на пути вертикальной миграции
радионуклида и в максимальной степени препятствует их поступлению в грунтовые
воды. Расчёты показали, что среди различных видов растительного покрова
наименьшим варьированием и уровнем загрязнения характеризуется древесный ярус.
Наибольший коэффициент перехода отмечатся для ассимилирующих органов и
внутренних слоёв коры хвойных пород, минимальные для древесины. По величине
коэффициента перехода (КП) радионуклиды основные лесообразующие породы образуют
ряд: сосна>ель>берёза. Для других структур древостоя ряд несколько
видоизменяется ель>сосна>берёза. Это связанно с особенностями первичного
загрязнения и интенсивности поступления радионуклидов в растения. Уровень
загрязнения и диапазон варьирования концентрации в травянистой растительности выше
удельной активности ассимилирующих органов древесных пород. Максимальный КП в
травянистую растительность отмечается в лесных и болотных БГЦ. Это обусловлено
повышенной миграционной способностью радионуклидов в данных группах почв. Среди
рассматриваемых видов травянистых растений по величине КП выделяется 2 вида:
виды дискриминаторы и виды накопители. Накопление на
исследуемых почвах мхами в целом выше, чем травянистыми видами. Среди видов
зелёных мхов максимальное количество радионуклида концентрируется в
плевроциуме, а минимально в птилиум страусово перо. Максимальной аккумуляцией и
диапазоном варьирования обладают
грибы. Меньше данный радионуклид накапливают сапротрофы на почве и значительно
больше микориозообразователи.
Диаграмма. Коэффициент перехода 
Cs.
Глава 4. Естественная радиоактивность глинистых
и песчаных почв и дозы облучения населения в регионах Хиит и Иншас (Египет)
В данной статье изложены результаты естественной
радиоактивности глинистых и песчаных почв двух регионов Египта.
Задачи: Определить величину
поглощенной и эффективной доз облучения населения двух регионов Египта, которое
обусловлено содержанием 
в почве.
Для проведения исследований были
выбраны два региона Египта - Хиит и Иншас. В результате проведенных
исследований выявлены следующие данные по содержанию изучаемых радионуклидов в
почве. Объемная активность 
составляет 7-13 и 5-9 Бк/кг в
глинистой и песчаной почвах, активность 
составляет 5-14 и 5-10 и активность
радионуклида 
- 131-237 и
61-73 Бк/кг. Проведено сравнение полученных результатов с аналогичными данными
из литературных источников и выяснено, что полученные результаты исследования
близки по значению с результатами, приведенными в источниках.
Так активность радионуклида составляет
5,3-7,7 Бк/кг, -10,7 17 и - 152-202
Бк/кг. Полученные данные также не противоречат интервалам варьирования
радионуклидов в глинистых почвах. Таким образом активность 
в глинистых
почвах составляет 29-635 Бк/кг, концентрация радионуклида уранового ряда находится в
пределах 5-63,7, а в пределах
2,5 - 95,6 Бк/кг. Результаты исследований не противоречат теоретическим
представлениям о механизме поведения данных радионуклидов в почве. Однако
содержание радионуклидов литогенного происхождения в почве обусловлено их
количеством в материнских породах. Различия в условиях почвообразования
приводят к выводу на первое место других факторов. В данном случае - это
обогащенность почвы мелкодисперсными фракциям, которые приводят к повышению
естественной радиоактивности почв. Средняя мощность поглощенной дозы для
глинистой и песчаной почв составляет от 15,4 и 8,7 нГр/ч, а средняя эффективная
доза - 18,9 для глинистой и 10,6 мкЗв/г для песчаной почвы. Таким образом
мощность поглощенной дозы и эффективной дозы в 2 раза выше в регионе с
глинистыми, чем с песчаными почвами.
Вывод. На территориях с глинистыми
почвами объемная радиоактивность, мощность поглощенной дозы и эффективная доза
для населения, обусловленные содержанием литогенного происхождения,
существенно выше, чем на территориях с песчаными почвами. Рассчитанная
суммарная доза облучения людей в данных регионах Египта от составляет
24 нГр/ч, что значительно меньше по сравнению с другими странами и в два раза
меньше международной предельно допустимой величины.
Диаграмма. Объемная активность
радионуклидов в песчаных
и глинистых почвах.
1-песчаные почвы 2-глинистые почвы
Заключение
Проведенное исследование, посвященное вопросу
изучения поглощения радиоактивных элементов почвой при разных условиях
). В ходе проведённой работы стали понятны
механизмы сорбции различных радионуклидов в различных условиях и различных
почвах. Это касается как естественных источников радионуклидов, так и
антропогенных.
). В результате исследования стало понятно, что
антропогенное воздействие на экологию и почвы в частности не на много больше,
чем естественная.
). Так же были выявлены закономерности
распределения радионуклидов среди растений и грибов.
). Естественные радионуклиды в глинистых почвах
обладают более мощной степенью излучения, чем в песчаных почвах. Однако эта
доза облучения в два раза меньше международной предельно допустимой величины.
). Так же из изученного материала становится
ясно, что нужно и дальше проводить исследования в данных направлениях, так как
на данный момент методы исследования не позволяют в полной мере оценить
ситуацию.
Теоретическая значимость работы состоит в том,
что ее результаты способствуют дальнейшим исследованиям данного вопроса.