Сравнительная оценка распределения 137Cs в почвенном покрове на территории Таджикистана

Во второй половине XX века атомная энергетика стремительно развивалась, высвобождая в окружающую среду огромное количество искусственных радионуклидов, в том числе при испытаниях ядерного оружия и авариях на АЭС.

Как известно, почва является основным аккумулятором и депонентом загрязнений. В воздухе, воде, растениях поступившие загрязнения обычно находятся относительно недолго, а в почве они остаются на годы, десятилетия, столетия. В литературе обсуждается состояние радиационной обстановки в ряде областей РФ и Беларуси, в частности, мониторинг 137Cs [1-3]. Отмечается снижение среднегодовых эффективных доз облучения населения, отсутствие превышения допустимых уровней по 137Cs в местных продуктах питания.

В работах [4, 5] систематизированы материалы о распределении радионуклидов 137Cs и 90Sr в ихтиофауне Обь-Иртышской системы на протяжении более 2400 км и сделан вывод, что рыба всех изученных районов может использоваться в пищу.

Данные работ [6-13] свидетельствуют о том, что на территории северной, центральной и южной частей Таджикистана было изучено содержание радионуклидов в почвах и аэрозолях.

Мирсаидов У.М.* – гл. науч. сотр., д.х.н., проф., академик НАНТ; Ахмедов М.З. – зам. директора, к.х.н.; Назаров Х.М. – директор филиала, д.т.н., проф.; Рахимбердиев Ш.А. – науч. сотр.; Муминов С.В. – зав. сектором. АХБРЯБ НАНТ. Мухамедова С.Г. – проф. каф., д.б.н. Первый МГМУ им. И.М. Сеченова Минздрава России.

Отмечается наличие 137Cs в отобранных пробах почв. Обнаружение изотопа 137Cs в почвенном покрове может быть связано с его атмосферной миграцией. Среднее содержание изотопа 137Cs в пробах – фильтрах аэрозоля (3,3 Бк/кг) и почв (49,7 Бк/кг) на севере Таджикистана, а соотношение концентрации 137Cs в аэрозоле и почве составляет 0,06 [13].

Цель исследования – изучение распределения 137Cs в почвенном покрове на территории Республики Таджикистан.

Материалы и методы

Отбор проб почвы проводили согласно ГОСТ 17.4.3.01-2017 [14] от поверхности земли до глубины 25 см. Пробы отбирались в зависимости от рельефа и механических свойств почв в 2018-2020 гг. в центральной, южной, юго-восточной частях и в 2021-2022 гг. в северной части Таджикистана. Территории регионов, выбранных для отбора проб, включают в себя самые разнообразные ландшафты: альпийские луга, высокогорные и равнинные пустыни, глубокие и узкие ущелья рек, сжатые скалистыми хребтами (рис. 1).

Рис. 1. Карта территориального деления Таджикистана: 1 – Северный Таджикистан;

2 – Центральный Таджикистан; 3 – Южный Таджикистан; 4 – Восточный Таджикистан.

Северный Таджикистан расположен между 39°04ʹ и 41°08' северной широты и 69°25' и 70°34' восточной долготы; он занимает территорию в 25400 км² и граничит с Узбекистаном и Кыргызстаном. С севера Согдийской области расположены Кураминский хребет и горы Моголтау, с юга – Туркестанский хребет и Зеравшанские горы.

Северная и центральная части Таджикистана разделены горной системой, состоящей из Гиссарского, Зеравшанского и Туркестанского хребтов. Эти высотные и температурные барьеры создают препятствия для перемещения воздушных масс как от Северного Ледовитого океана, так и от южных муссонов Индийского океана. Горы Гиссарского хребта практически полностью преграждают путь на север мощным пылевым бурям, формирующимся в регионе и известным под названием «Афганец» [15].

Можно выделить следующие пояса: равнинный (на высоте от 300 до 900 м над уровнем моря), предгорный (900-1600 м), низкогорный (1600-2300 м), среднегорный (2300-3500 м) и высокогорный (выше 3500 м). Равнины занимают лишь 7% территории республики [16].

Почвенный покров Таджикистана отличается исключительной пестротой. Причём, вследствие резких различий в высоте отчётливо выражена высотная почвенная поясность. Выделяются четыре пояса: 1) равнинно-низкогорный в основном с серозёмными почвами; 2) среднегорный с горными коричневыми почвами; 3) высокогорный с высокогорными лугово-степными, степными, пустынно-степными, и пустынными почвами; 4) нивальный пояс (рухляковые почвы среди ледников, снежников и скал) [16].

Пробоподготовку проводили аналогично методике, описанной в работе [12]. Из общей массы методом квартования отбирали более 1 л образца, из которого удаляли корни растений и камни. Почвы высушивали до воздушно-сухого состояния, измельчали на мельнице до однородного состояния.

Для измерения масс отобранных проб использовали лабораторные весы общего назначения по ГОСТ 24104-2001 с наибольшим пределом взвешивания до 3000 г, с погрешностью не более ±2%.

Для радиологического измерения проб использовали стандартный сосуд «Маринелли» объёмом 1 л. Измерение удельной активности (УА) 137Cs в пробах поверхностного слоя почвы проводилось на гамма-спектрометре с детектором из особо чистого германия фирмы «CANBERRA» (США) с программным обеспечением Genie-2000 с неопределённостью измерения от 5 до 12% в аккредитованной лаборатории технических услуг Агентства по химической, биологической, радиационной и ядерной безопасности НАНТ в соответствии с методикой измерения УА гамма-излучающих радионуклидов в счётных образцах. Для калибровки спектрометров по эффективности регистрации набирали спектр стандартного источника известной активности, излучающего гамма-кванты в широком энергетическом диапазоне, вычисляли истинную площадь соответствующих им пиков полного поглощения энергии и значения эффективности для каждой энергии. Измерения исследуемых и эталонных образцов проводили в одинаковых условиях, соблюдая постоянство геометрического коэффициента η и используя близкие по форме, составу и плотности препараты. Калибровку по эффективности для геометрии Маринелли в нашем случае проводили по спектрам образцовых стандартных гамма-спектрометрических источников.

Результаты и обсуждение

На рис. 2 и 3 приведены карты средней удельной активности (УА) 137Cs в почвах различных районов Таджикистана в Бк/кг.

На основании сравнений результатов измерений выявлены основные закономерности и характер пространственного распределения 137Cs в почвенном покрове Таджикистана. Результаты по средней УА 137Cs в почвах северных, центральных, южных и юго-восточных районов Таджикистана приведены на рис. 4.

Рис. 2. Карта регионов северного Таджикистана с указанием усреднённого значения удельной активности цезия в почве.

Lakhsh

Rasht

Temurmalik

Vote

Hamadoni2.1

Garavotl

Farkhor

Qubodiyon

Dustl 2.1

N. Khusrav Shahritus

Kulob 3.8

44,4 Kamarob

Nurobod 25.5

Sari Khosor

Khovaline 10.2

5.4 а3Л4

Shahrinav Hlsor q_us|

Рис. 3. Карта усреднённых значений содержания ¹³⁷Cs в почвах центральной и южной частей Таджикистана (в Бк/кг) [12].

Рис. 4. Гистограмма распределения ¹³⁷Cs в почвенном покрове различных территорий Таджикистана.

Из гистограммы рис. 4 видно, что распределение 137Cs в районах Таджикистана разное. Максимальная средняя УА 137Cs наблюдается в почвах гористой местности районов Раштской зоны и территории Сари Хосора (юго-восточная часть Таджикистана), Хонако в зоне ущелья Алмасы (центральный Таджикистан), а также на территории в южной части Кураминского хребта (северный Таджикистан). В результате атмосферных осадков 137Cs оседает на вершинах гор, и за счёт водной и ветровой эрозии и селевых потоков накапливается у их подножия, о чём свидетельствуют высокие показатели УА в пробах, отобранных у подножия гор. В местности Камароб Раштского района (юго-восток) среднее значение УА 137Cs составило 44,4 Бк/кг, а в г. Вахдат среднее значение УА 137Cs – 1,3 Бк/кг [10]. Возможно, это связано с тем, что г. Вахдат находится на более низком уровне (по высотности), чем остальные районы страны.

В некоторых исследуемых пробах, отобранных в пустыне Айвадж района Шахритус и района Фархор, изотоп 137Cs не был обнаружен [12]. Возможно, это связано с типами почв, так как почвы в этом регионе относятся к песчаным, а в песчаной породе миграция нуклидов вглубь по вертикали происходит легко. На основании полученных результатов можно заключить, что характер пространственного распределения 137Cs в почвенном покрове Таджикистана зависит от типа почв и от рельефа местности (табл. 1).

Таблица 1

Сведения об отобранных пробах и характеристике местности

Территориальное деление	Тип площадки	Тип почвы	Количество отобранных проб	Усреднённая УА 137Cs в почве, Бк/кг
Северные районы	Среднегорный с горными коричневыми почвами	Скалистый, глинистый	41	11,5
Центральные районы	Среднегорный с горными коричневыми почвами	Глинистый	30	11,42
Южные районы	Равнинно-низкогорный в основном с серозёмными почвами	Песчаный	44	4,5
Юго-восточные районы	Высокогорный с высокогорными пустынностепными, занговыми и пустынными почвами	Скалистый	19	17,0

Рис. 5. Точки отбора проб в почвенном покрове на территории южной части Кураминского хребта северного Таджикистана (АБВ): А) г. Истиклол; Б) поселок Адрасман; В) Аштский район.

Таблица 2

Сведения об отобранных пробах в почвенном покрове на территории южной части Кураминского хребта северного Таджикистана

Номер проб	Координаты	Активность, Бк/кг	Статистическая погрешность, %
1	40,62005°С   69,67994°В	<1	-
2	40,60161°С   69,63356°В	3,35	51,2
3	40,60170°С   69,65658°В	5,48	33,1
4	40,58325°С   69,63325°В	1,10	>100
5	40,58379°С   69,65663°В	<1	-
6	40,56508°С   69,60999°В	<1	-
7	40,56499°С   69,63259°В	<1	-
8	40,54675°С   69,63324°В	0,67	>100
9	40,67503°С   69,86661°В	<1	-
10	40,67506°С   69,89000°В	<1	-
11	40,67314°С   69,90864°В	2,36	>100
12	40,65575°C   69,84329°B	15,55
13	40,65666°C   69,86666°B	1,19
14	40,65668°C   69,89001°B	1,42
15	40,65665°C   69,91340°B	2,87
16	40,65666°C   69,95366°B	10,24
17	40,65664°C   69,96137°B	2,53
18	40,63832°C   96,86658°B	2,87
19	40,63835°C   69,89001°B	3,72
20	40,63831°C   69,91336°B	13,72
21	40,63840°C   69,93735°B	4.84
22	40,63840°C   69,96001°B	<1	-
23	40,63828°С   69,98335°В	5,57	40,7
24	40,63836°С   70,00663°В	0,33	>100
25	40,63834°С   70,05334°В	<1	-
26	40,62088°C   69,87129°B	<1	-
27	40,61998°C   69,89058°B	13,82
28	40,61985°C   69,91351°B	3,13
29	40,61999°C   69,93668°B	1,50
30	40,62006°С   69,96007°В	<1	-
31	40,62037°С   69,98290°В	<1	-
32	40,62002°С   70,00659°В	7,26	27,9
33	40,61992°С  70,02994°В	13,4	15,7
34	40,62083°С   70,05287°В	<1	-
35	40,60167°C   69,91332°B	4,64
36	40,60169°C   69,93669°B	<1	-
37	40,60173°С   69,95173°В	<1	-
38	40,60169°С   69,98342°В	<1	-
39	40,60161°С   70,00662°В	1,62	>100
40	40,60170°С   70,05346°В	<1	-
41	40,60169°С   70,07635°В	<1	-
42	40,60162°С   70,10001°В	<1	-
43	40,58331°C   69,86666°B	27,84
44	40,58330°C   69,89003°B	<1	-
45	40,58352°C   69,91352°B	29,54
46	40,58346°С   69,93665°В	<1	-
47	40,58341°С   70,05347°В	12,8	20,5
48	40,58330°С   70,07658°В	0,97	>100
49	40,58337°С   70,10000°В	<1	-
50	40,56500°С   69,93670°В	<1	-
51	40,56508°С   70,07656°В	<1	-
52	40,87754°С   70,45558°В	6,72	22,4
53	40,85840°С   70,47323°В	<1	-
54	40,85587°С   70,49683°В	5,56	34,1
55	40,85569°С   70,52009°В	<1	-
56	40,82529°С   70,49708°В	<1	-
57	40,80584°С   70,42717°В	1,63	94,5
58	40,80331°С   70,45000°В	<1	-
59	40,80330°С   70,47330°В	33,6	8,0
60	40,80323°С   70,49751°В	5,21	40,8
61	40,78501°С   70,47333°В	3,55	50,2

По оценкам УА 137Cs почв, отобранных на территории южной части Кураминского хребта (северный Таджикистан), отмечено, что активность изотопа 137Cs находится в пределах от 0 до 29,54 Бк/кг (рис. 5). На рисунке стрелкой указана динамика изменения УА 137Cs, которая показывает, что содержание изотопов 137Cs увеличивается по спуску рельефа в сторону юго-запада. Пробелы значений УА означают, что содержание 137Cs не было обнаружено в отобранных пробах из указанных точек.

В табл. 2 обобщены сведения об отобранных пробах в почвенном покрове на территории южной части Кураминского хребта северного Таджикистана.

Относительно высокое содержание изотопа 137Cs в почвенном покрове наблюдается в основном в пробах, отобранных на южной стороне подножья гор. Это связано с розой ветров, которая идёт с юга. А атмосферные осадки, сели, водная и ветровая эрозия поверхностного слоя покрова способствуют накапливанию радионуклидов у подножья гор.

Также было изучено содержание изотопа 137Cs в пробах почв, отобранных вокруг радиоактивного хвостохранилища Адрасман, расположенного на севере Таджикистана в южных отрогах Кураминского хребта. Максимальная УА составляет 13,4 Бк/кг. Это не связано с радиоактивным хвостохранилищем, так как данный объект не содержит изотоп 137Cs.

Анализ полученных данных показывает, что значения УА изотопа 137Cs в почвенном покрове южного Таджикистана в 2,5 раза меньше, чем УА почв северного и центрального Таджикистана. Данное обстоятельство, прежде всего, связано с тем, что атмосферные осадки и пыльные бури, идущие со стороны стран Южной и Юго-восточной Азии, приводят к оседанию частиц, прежде всего, на южных склонах гор.

Заключение

На основании полученных результатов выявлено, что пространственное распределение изотопа 137Cs в почвенном покрове в Республике Таджикистан зависит от направления розы ветров и рельефа местностей. Выявлено, что высокие значения средней удельной активности изотопа 137Cs отмечаются в пробах, отобранных у подножья гор и в глинистых почвах. Анализ полученных проб позволяет сделать вывод, что содержание изотопа 137Cs обусловлено их дальним воздушным переносом.