Особенности пространственного распределения 137Cs, 40K, 226Ra, 232Th в почвах г. Полярные Зори (Мурманская область)

почвах Хибинской тундры составляла: в болотной — от 7.03 до 71.06, а в горной тундре — от 15.17 до 27.75 Бк/ кг (Никанов и др., 2019).

Город Полярные Зори расположен на возвышенной части берега оз. Пинозеро, а русло р. Нивы разделяет его на правую и левую части. Правобережный район сформирован системой городских озелененных территорий, водных объектов, а так же сеткой улиц и дорог. К городским озелененным территориям относятся: лесопарковая зона у берега оз. Пинозеро, парковые массивы внутри жилых кварталов. Правобережье р. Нивы — жилая зона, которая представлена преимущественно многоэтажной застройкой. Четвертый микрорайон сформирован 3- и 9-этажными жилыми домами. На севере города располагается промышленная зона (Карта …, 2018).

Целью данной работы является получение оригинальных данных и выявление основных закономерностей пространственного распределения естественных и техногенных радионуклидов в почвах г. Полярные Зори в зависимости от типа городской застройки.

Предметом исследования являлась удельная активность 137Cs, 232Th, 226Ra, 40K в городских и в фоновых ненарушенных почвах к югу от Кольской АЭС. Подобные исследования городских почв в Полярных Зорях не проводились.

Материалы и методы

Пробы почвы доводили до абсолютно сухого состояния при температуре 105 °С. В сосуде Маринелли проводились измерения удельной активности изотопов при помощи гамма-спектрометра «ПРОГРЕСС-2000» (Методика …, 2016). Фракционный состав проб почвы выполнялся просеивающей машиной AS200 (Retsch, Германия) ситами с диаметром 200 мм и размером ячеи < 45, 45, 100, 250, 500 мкм, 1.2 мм.

Автомобильные гамма-спектрометрические исследования выполнялись с использованием мобильного сцинтилляционного гамма-спектрометрического комплекса RS-700 (Канада), который имеет цифровой спектрометр с разрешением (1024 канала), позволяющий выполнять измерения общей радиоактивности местности через скорость счета в секунду. Измерения выполнялись на высоте 1.7 м над поверхностью земли. Спектрометр размещали в багажнике, установленном на автомобиле. В общей сложности при гамма-спектрометрической съемке было обработано 370 точек измерений (рис. 3). Точность привязки составляла ± 1—1.5 м (Мобильная система радиометрического контроля RS-700).

Результаты исследования

Летом 2018 г. проведены измерения удельной активности 137Cs, 40K, 226Ra, 232Th в почвах г. Полярные Зори. На первоначальном этапе определены зоны в соответствии с типом застройки и точки отбора проб почвы. В ходе экспедиционных работ было отобрано 18 проб во всех районах города, в пунктах, представленных на рисунке 1.

На большей части города широкое распространение получили урбиквазиземы, индикатором которых служит генетический горизонт «урбик» — горизонт аккумуляции и биогенной трансформации органомине- 52

рального и искусственного материала, формирующийся синлитогенно под воздействием антропогенной деятельности. Он характеризуется тем, что содержит не менее 10 % антропогенных включений. Реплантоземы представлены на газонах в кварталах с каменной застройкой. Наиболее сформировавшийся почвенный профиль отмечается под участками с древесной и кустарниковой растительностью в парковых и лесных зонах (Кряучюнас и др., 2020). Функциональное зонирование территории г. Полярные Зори приведено на рисунке 1 (Карта …, 2018). В зоны застройки домами высокой этажности попадают точки отбора проб почвы: 1, 6, 7, 11, 12, 14, 15, 17, 18; в зоны городских лесов и парков — 5, 8, 9; в зоны зеленых насаждений общего пользования — 2—4, 10, 13, 16.

По данным проведенных исследований установлено, что значения удельной активности 137Cs в почвах от 10 до 29.5 Бк/кг (точки 3, 4, 9) получены в юго-восточной части города в почвах городских лесов, парков и в зоне зеленых насаждений общего пользования (рис. 1, a). Значения от 3 до 10 Бк/кг выявлены в почвах зон многоэтажной застройки и озеленённых территорий специального назначения. Для почв остальных районов города значения 137Cs составили менее 3 Бк/кг.

По данным выполненных исследований установлено, что максимальные значения удельной активности 40К в почвах (от 40 до 340.5 Бк/кг) распределены практически равномерно по всей территории города. Значения менее 40 Бк/кг выявлены в почвах юго-восточной части города в зонах городских лесов, парков и зеленых насаждений общего пользования и коррелируют с распространением максимальных значений техногенного 137Cs (рис. 1, d).

На рисунке 1, c показано, что максимальные значения удельной активности 232Th в почвах (от 6 до 14.9 Бк/кг) относятся к почвам зоны застройки высокой и средней этажности. Значения менее 6 Бк/кг встречаются практически равномерно в почвах всех зон города.

По данным проведенных исследований установлено, что максимальные значения удельной активности 226Ra в почвах (от 5 до 17.1 Бк/кг) относятся к зонам многоэтажной застройки и озеленённых территорий специального назначения. Значения менее 5 Бк/ кг встречаются практически равномерно в почвах всех зон города (рис. 1, b).

Обсуждение результатов

Более ранние исследования близлежащих территорий показали, что наибольшие значения удельной активности 137Cs отмечаются в лесной подстилке и гумусовом горизонте (от 30 до 103) Бк/кг в окрестностях Кольской АЭС. Удельная активность 137Cs в 15-километровой зоне от Кольской АЭС соответствует фоновым уровням, формирующимся в результате глобальных выпадений техногенных радионуклидов (Кизеев и др., 2018). Для сравнительного анализа авторами были отобраны пробы из верхнего 5-сантиметрового слоя ненарушенных торфяно-подзолистых почв в 2 км к югу от Кольской АЭС, где максимальные значения 137Cs достигали 29.5 Бк/кг.

Средние значения удельной активности радио-нуклеидов составили: ¹³⁷Cs в почвах вблизи домов высокой этажности г. Полярные Зори — 3.33 Бк/кг,

Рис. 1. Расположение точек отбора проб почвы в г. Полярные Зори на фрагменте картосхемы функционального зонирования территории города (a) по данным (Карта…, 2018) с изменениями: 1 — граница города, 2—14 — границы зон; 2—5 — жилые застройки: 2 — домами высокой этажности, 3 — многоквартирными домами средней этажности, 4 — малоэтажными блокированными домами, 5 — индивидуальными домами; 6 — зона многофункциональной общественноделовой застройки; 7—9 — производственные зоны: 7 — I и III класса, 8 — IV и V класса, 9 — инженерной и транспортной инфраструктуры; 10—14 — рекреационные зоны: 10 — городских лесов и парков, 11 — спортивно-рекреационная, 12 — спортивных сооружений, 13 — зеленых насаждений общего пользования, 14 — озеленённых территорий спецназ-начения. Пространственное распределение активности техногенных ¹³⁷Cs (b) и естественных радионуклидов: ²³²Th (c) , ⁴⁰K (d) , ²²⁶Ra (e) (Бк/кг) в почвах города по данным (Карта…, 2018) с изменениями

Fig. 1 . Location of soil sampling points in the city of Polyarnye Zori on a fragment of the map of the functional zoning of the city according (a) to (Urban…, 2018) with changes: 1 — boundary of the city, 2—14 — boundaries of the zones; 2—5 — residential buildings: 2 — high-rise, 3 — mid-rise multi-apartment, 4 — low-rise block, 5 — individual houses; 6 — multifunctional public and business buildings; 7—9 — industrial zones: 7 — I and III class, 8 — IV and V class, 9 — engineering and transport infrastructure; 10—14 — recreational zones: 10 — urban forests and parks, 11 — sports and recreational, 12 — sports facilities, 13 — public green spaces, 14 — green spaces for special purposes. Spatial distribution of the activity of technogenic ¹³⁷Cs (b) and natural radionuclides: ²³²Th (c) , ⁴⁰K (d) , ²²⁶Ra (e) (Bq/kg) in the soils of the city according to (Urban…, 2018) with changes 53

в пределах городских лесов и парков — 6.78 Бк/кг, в почвах зеленых насаждений общего пользования — 10.18 Бк/кг; ²²⁶Ra в почвах рядом с домами высокой этажности — 9.36 Бк/кг, в почвах городских лесов и парков — 8.35 Бк/кг, в почвах зеленых насаждений общего пользования — 10.17 Бк/кг (рис. 2); ²³²Th в почвах рядом с домами высокой этажности — 9.04 Бк/кг, в почвах городских лесов и парков — 7.79 Бк/кг, в почвах зеленых насаждений общего пользования — 8.2 Бк/кг; ⁴⁰K в почвах рядом с домами высокой этажности 216.58 Бк/кг, в почвах городских лесов и парков — 161.43 Бк/кг, в почвах зеленых насаждений общего пользования — 196.86 Бк/кг (рис. 3).

Анализ общего гамма-излучения территории г. Полярные Зори по результатам гамма-спектрометрических исследований с использованием мобильного комплекса RS-700 показал, что в пределах города можно выделить три локальные аномалии повышенного гамма-излучения (0.08—0.084 мкЗв/ч) (рис. 3), что не превышает средних значений по России (0.04— 0.20 мкЗв/ч). Также можно выделить три зоны гамма-излучения на северо-западе, в средней части и на востоке города с меньшими значениями (0.068— 0.072 мкЗв/ч). Все аномалии приурочены к домам высокой этажности. В остальных частях города значения общей гамма-активности составили менее 0.06 мкЗв/ч.

Максимум анализируемых образцов почв исследован с помощью сит с размером ячеек 100 мкм и 250 мкм (по 23 % соответственно), а минимум — ситом с размером ячеек < 45 мкм (4 %) (рис. 4). По результатам корреляционного анализа взаимосвязей между радионуклидами и фракционным составом можно утверждать, что техногенный 137Cs имеет умеренную по силе связь (по шкале Чеддока) с фракцией 45 и 500 мкм. 232Th имеет высокую по силе связь с 226Ra, а 40K — с 232Th, что является статистически значимыми результатами при учете P-Value. Интересной особенностью явилось отсутствие связи активностей 232Th, 40K, 226Ra с фракциями 45 и < 45 мкм и наличие умеренной по силе связи 226Ra с фракцией 1 мм. Можно предположить, что естественные радионуклиды 232Th, 40K, 226Ra имеют умеренную по силе связь с фракцией 1 мм из-за присутствия в верхнем слое почв частиц этого размера. Отмечается умеренная по силе связь между 232Th и 40K (табл. 1).

Рис. 2. Средние значения удельной активности техногенного ¹³⁷Cs и естественных ²³²Th, ⁴⁰K, ²²⁶Ra-радионуклидов (Бк/кг) в почвах функциональных зон г. Полярные Зори: многоэтажной застройки (синий), городских лесов и парков (красный), зеленых насаждений общего пользования (зеленый). Использован логарифмический масштаб

Fig. 2. Average specific activity values of technogenic ¹³⁷Cs and natural radionuclides ²³²Th, ⁴⁰K, ²²⁶Ra (Bq/kg) in the soils of the functional zones of the city of Polyarnye Zori: multi-storey buildings (blue), urban forests and parks (red), public green spaces (green). The logarithmic scale is used

Рис. 3. Общая гамма-активность (мкЗв/ч) территории г. Полярные Зори по результатам гамма-спектрометрических исследований с использованием комплекса RS-700. Точками показаны автомобильные маршруты исследований

Fig. 3. Total gamma activity (mkSv/h) of the territory of the city of Polyarnye Zori according to the results of gamma-spectro-metric studies using RS-700 complex. The dots show the vehicle routes of the surveys

Таблица 1. Корреляционная матрица взаимосвязей между радионуклидами и просеиваемыми фракциями и наименьшее значение уровня значимости (P-value)

Table 1. Correlation matrix of relationships between radionuclides and sifted fractions and the smallest value of the significance level (P-value)

	2 mm	1 mm	500 µm	250 µm	100 µm	45 µm	< 45 µm	137 Cs	226 Ra	232 Th	40 K
2 mm	1
p-value	—
1 mm	0.7428	1
p-value	0	—
500 µm	0.3806	0.5165	1
p-value	0.119	0.028	—
250 µm	–0.599	–0.609	–0.522	1
p-value	0.009	0.007	0.026	—
100 µm	–0.785	–0.874	–0.557	0.3298	1
p-value	0.000	0.000	0.016	0.181	—
45 µm	–0.641	–0.584	–0.788	0.42	0.655	1
p-value	0.004	0.011	0.000	0.083	0.003	—
< 45 µm	–0.55	–0.575	–0.585	0.1774	0.6679	0.6883	1
p-value	0.018	0.013	0.011	0.481	0.002	0.002	—
137 Cs	–0.124	–0.022	0.5501	–0.262	–0.009	0.4293	–0.073	1
p-value	0.791	0.963	0.201	0.570	0.984	0.336	0.877	—
226 Ra	0.0719	0.3503	0.1179	–0.06	–0.3	–0.139	0.0281	–0.007	1
p-value	0.777	0.154	0.641	0.814	0.226	0.582	0.912	0.989	—
232 Th	0.0163	–0.012	0.0239	0.0244	–0.018	–0.091	0.0586	–0.51	0.4873	1
p-value	0.949	0.961	0.925	0.923	0.944	0.719	0.817	0.242	0.040	—
40 K	0.0559	–0.077	0.1486	0.1285	–0.102	–0.233	0.021	–0.699	0.2334	0.4533	1
p-value	0.826	0.762	0.556	0.611	0.687	0.352	0.934	0.080	0.351	0.059	—

Примечание. В таблице сгруппированы градиенты цветами от красного с минимальным до зеленого с максимальным значением коэффициента корреляции.

Note. The table groups gradients in colors from red with the minimum to green with the maximum value of the correlation coefficient.

Заключение

При анализе пространственного распределения полученных оригинальных данных установлено, что максимальное значение удельной активности 137Cs в почвах г. Полярные Зори (28.8 Бк/кг) отмечается в юговосточной части города в зонах городских лесов, парков и зеленых насаждений общего пользования. Значения от 3 до 10 Бк/кг выявлены в почвах зон многоэтажной застройки и озеленённых территорий спец-назначения. Для почв остальных районов города значения 137Cs составили менее 3 Бк/кг. По нашим данным, в 2 км к югу от Кольской АЭС в верхнем (0—5 см) слое ненарушенных торфяно-подзолистых почв максимальные значения удельной активности 137Cs достигают 29.5 Бк/кг.

Максимальные значения удельной активности естественных радионуклидов в городских почвах составили: для 232Th в зонах застройки многоквартирными домами высокой и средней этажности — 14.9 Бк/кг; для 226Ra в зоне застройки многоквартирными домами высокой этажности — 17.1 Бк/кг; для 40К в зоне озеленённых территорий — 340.5 Бк/кг. Для 226Ra и 232Тh более высокие активности в почвах города связаны с гранулометрическим составом и характером подстилающих почву четвертичных отложений. Распределение удель-

Рис. 4. Соотношение фракционного состава анализируемых почв г. Полярные Зори (%)

Fig. 4. Fractional composition of the analyzed soils in the city of Polyarnyye Zori (%)

ной активности 40K в почвах объясняется разной плотностью растительности на изученной территории, легко вовлекающей его в биологический круговорот.

Анализ общего гамма-излучения территории г. Полярные Зори по результатам гамма-спектрометрических исследований показал, что можно выделить три локальные аномалии повышенного гамма-излу- 55

чения в диапазоне от 0.08 до 0.084 мкЗв/час. Все выявленные аномалии приурочены к домам высокой этажности.

По результатам корреляционного анализа можно утверждать, что техногенный 137Cs имеет умеренную связь (по шкале Чеддока) с фракцией 45 и 500 мкм. 232Th имеет высокую связь с 226Ra, а 40K — с 232Th, что является статистически значимыми результатами при учете P-Value. Можно предположить, что естественные радионуклиды 232Th, 40K, 226Ra имеют умеренную связь с фракцией 1 мм из-за присутствия в верхнем слое почв частиц этого размера. Отмечается умеренная связь между 232Th и 40K.

Радиоэкологические исследования осуществлены при финансовой поддержке государственного задания «Особенности миграции элементов и их изотопов в абиотических компонентах окружающей среды западного сектора Российской Арктики в условиях климатических и техногенных изменений», № гос. регистрации 122011300333-1, и гранта Президента РФ для молодых учёных № МК-4298.2022.1.5.