Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по биологии
На правах рукописи
Дмитриева Анастасия Владимировна
НАКОПЛЕНИЕ 90Sr И 137Cs НЕКОТОРЫМИ ВИДАМИ ПОЗВОНОЧНЫХ ЖИВОТНЫХ В ЗОНЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ
ПО МАЯК, КАК ФАКТОР ОБЛУЧЕНИЯ ЧЕЛОВЕКА
03.02.08 Ц Экология
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
ОзерскЦ2012
Работа выполнена в ФГУП Южно-Уральский институт биофизики Федерального медико-биологического агентства России
Научный руководитель: доктор биологических наук
Смагин Андрей Иванович
Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор
Степанова Ирина Петровна
доктор биологических наук, доцент
Оленев Григорий Валентинович
Ведущая организация Институт биологии Коми научного центра
Уральского отделения РАН
Защита состоится 31 мая 2012 г. в 10 часов 00 минут на заседании диссертационного совета ДМ212.177.05 при Омском государственном педагогическом университете по адресу: 644099 г. Омск, Набережная им. Тухачевского, 14, e-mail: kolpakova@omgpu.ru
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Омского государственного педагогического университета
Автореферат разослан л30 апреля 2012 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета,
к.б.н., доцент Колпакова Т.Ю.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность исследования
Загрязнение Челябинской области техногенными радионуклидами связано с работой первого советского оборонного предприятия по производству оружейного плутония ПО Маяк и произошедшими за время работы предприятия авариями. В результате радиационных инцидентов в районе расположения ПО Маяк сформировалась техногенная радионуклидная аномалия - Восточно-Уральский радиоактивный след (ВУРС). Длительный характер загрязнения обусловили наиболее биологически опасные долгоживущие радионуклиды 90Sr и 137Cs. Максимальному радиационному воздействию подвергались промышленные водоемы, включенные в производственный цикл ФГУП ПО Маяк - хранилище среднеактивных радиоактивных отходов оз. Карачай (В-9) и Старое болото (В-17), водоемы каскада хранилищ радиоактивных отходов в верховье р. Теча Ц Теченский каскад водоемов (ТКВ) включающий: Кокшаровский пруд (В-3), Метлинский пруд (В-4), водохранилища №10 (В-10) и №11 (В-11). Высокие уровни радиоактивного загрязнения имеют водоемы головной части ВУРСа - оз. Урускуль (В-23), оз. Бердениш (В-22), оз. Кажакуль (В-25) (Рис. 1).
Рис.1. Карта-схема водоемов в зоне воздействия ПО Маяк.
Проживание в зоне влияния ПО Маяк связано с радиационным риском из-за возможности поступления в организм человека техногенных радионуклидов, в том числе и с ресурсообразующими видами рыб, дикой водоплавающей птицей. Загрязнение радионуклидами биоресурсов водоемов происходит по цепочке: вода радиоактивно загрязненных водоемов рыба и водоплавающие птицы человек. Оценка степени опасности использования биоресурсов водоемов, расположенных в зоне воздействия ПО Маяк на Южном Урале, не проводилась.
В 1993 году на берегу оз. Акакуль, были обнаружены пятна радиоактивного загрязнения в жилых помещениях, радиационный фон в которых достигал 400-1000 мкР/ч, а ППБЧ - 420 част./см2 в мин. Обследование показало, что источник излучения - каловые массы летучих мышей (Покаржевский, Тарасов и др., 1999). В дальнейшем было установлено, что источником радиоактивного загрязнения являются радионуклиды из технологических водоёмов ПО Маяк, накапливающиеся в организмах развивающихся там насекомых, которыми после вылета питались рукокрылые (Смагин и др., 2000). Практические работы по дезактивации очагов загрязнения не дала ожидаемых результатов, т.к. животные из года в год продолжают формировать летние выводковые колонии. Проблема выноса радионуклидов рукокрылыми слабо изучена до настоящего времени. Не решена проблема и дезактивации многочисленных водоемов, загрязненных радионуклидами и являющихся источником облучения человека.
Цель и задачи исследования.
Цель работы: определение степени опасности зоогенного выноса радионуклидов из водных экосистем, как фактора облучения человека и разработка способов дезактивации воды загрязненных радионуклидами водоемов.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
- Изучить современные гидрохимические параметры и удельную активность 90Sr и 137Cs в воде водоёмов ВУРСа оз. Урускуль (В-23), Бердениш (В-22), Кажакуль (В-25), каскада водоемов хранилищ радиоактивных отходов на р. Теча (ТКВ) - Кокшаровского пруда (В-3), Метлинского пруда (В-4), водохранилища - хранилища радиоактивных отходов № 10 (В-10), водохранилища - хранилища радиоактивных отходов № 11 (В-11) и водоема Старое болото № 17 (В-17);
- Определить уровни накопления 90Sr и 137Cs рыбой, обитающей в изучаемых водоемах;
- Определить уровни накопления 90Sr и 137Cs водоплавающими птицами, обитающими на изучаемых водоемах;
- Изучить современные уровни удельной активности 90Sr и 137Cs тушек летучих мышей, а также выявить очаги локального радиоактивного загрязнения помещений, сформированного колониями летучих мышей;
- Ранжировать водные экосистемы по уровню опасности при различных сценариях поступления в рацион человека 90Sr и 137Cs с ресурсообразующими видами охотничьего промысла и рыбой;
- Исследовать возможность использования Эйхорнии отличной (Eichhornia crassipies (Mart.) Solms-Laub) в качестве биосорбента для очистки воды, загрязненной 90Sr и 137Cs.
Научная новизна.
В результате проведенных автором радиоэкологических исследований в период 2008-2010 г.г. были получены современные оценки гидрохимических параметров и уровней радиоактивного загрязнения воды радионуклидами 90Sr и 137Cs водохранилищ ТКВ (В-3, В-4, В-10 и В-11) и Старое болото, а также озер В-22, В-23, В-25. Определены значения удельных активностей радионуклидов 90Sr и 137Cs в организмах рыб, обитающих в исследуемых водоемах. Впервые рассчитаны уровни накопления радионуклидов в организмах водоплавающих птиц, обитающих на радиоактивно загрязненных водоемах, и проведена оценка превышения уровня вмешательства для 90Sr и 137Cs в воде исследованных водоемов и превышения допустимых норм содержания радионуклидов для рыбы и водоплавающей птицы. Исследованные водные объекты были ранжированы по уровню опасности для населения при поступлении радионуклидов в рацион с продуктами питания: рыбой и мясом диких водоплавающих птиц. Исследованы современные уровни удельной активности 90Sr и 137Cs тушек летучих мышей, а также пятен радиоактивного загрязнения в местах базирования их колоний, сформированных в результате распространения радионуклидов из зоны радиоактивного загрязнения, и формирование рукокрылыми локальных очагов такого загрязнения за десятки километров от источника. Экспериментально установлена возможность использования установки СИЧ 7.5 для прижизненного измерения 137Cs в организме летучих мышей. В результате сравнительного анализа эффективности извлечения радионуклидов Эйхорнией отличной и другими водными растениями из воды водоемов зоны воздействия ПО Маяк установлено, что Эйхорния отличная является наиболее эффективным фитосорбентом. Выявлено, что коэффициенты накопления радионуклидов 90Sr и 137Cs Эйхорнией находятся в обратной зависимости от содержания в воде их химических аналогов - кальция и калия соответственно.
Практическая значимость работы.
Результаты исследований радиоэкологического состояния водных экосистем и ранжирования водоемов по степени опасности для человека при употреблении в пищу обитающих в них рыб и водоплавающей птицы были использованы при проведении радиоэкологического мониторинга в зоне наблюдения ПО Маяк и для контроля безопасности продуктов питания на территории зоны воздействия радиационно-опасного производства. Результаты исследований уровней радиоактивного загрязнения строений в детском оздоровительном лагере Звездочка (ДОЛ Звездочка) учитывались при принятии решения о возможности эксплуатации некоторых строений ДОЛ Звездочка летом 2011 года и на последующие периоды. Установлено, что Эйхорния отличная является эффективным фитосорбентом. Наиболее привлекательным представляется использование Эйхорнии отличной для очистки сбросов спецпрачечной ПО Маяк.
На защиту выносятся следующие основные положения.
- В результате комплексного независимого обследования гидрохимических и радиационных характеристик ряда водоемов в зоне воздействия ПО Маяк установлено, что в при употреблении в пищу рыбы и водоплавающих птиц, обитавших в водной среде, загрязненной радионуклидами, обследованные водоемы по степени снижения опасности для человека можно расположить в следующий ряд: В-17В-3В-4В-10В-11В-23В-22В-25, при этом в соответствии с предложенной классификацией В-17, В-3, В-4 и В-10 входят в группу особо опасных водоемов, В-11 относится к группе водоемов повышенной опасности I степени опасности, В-23 и В-22 к группе водоемов II степени опасности, а В-25 к водоемам III степени опасности.
- Показано, что процессы выноса радионуклидов рукокрылыми из зоны загрязнения в районе ПО Маяк продолжаются, при этом продолжают формироваться локальные пятна радиоактивного загрязнения вдали от зоны с повышенными уровнями радиации. Впервые предложено использовать Спектрометр излучения человека 7.5. (СИЧ) для прижизненного измерения удельной активности 137Cs в организме рукокрылых. Полученные данные подтверждают возможность проведения таких измерений с высокой степенью достоверности результатов.
- Впервые в результате экспериментальной оценки дозы, полученной человеком, при употреблении в пищу загрязненных радионуклидами водоплавающих птиц, нами было установлено, что основным дозообразующим радионуклидом является 137Cs. При употреблении в пищу загрязненной рыбы основным дозообразующим радионуклидом также является 137Cs, доза которого в большинстве исследованных случаев превышает дозу 90Sr, хотя в отдельных случаях оба радионуклида могут вносить близкий по значению вклад в формирование дозы облучения человека. Максимальное зафиксированное значение при разовом употребление в пищу водоплавающей птицы, обитающей на водоемах зоны воздействия ПО Маяк, приводит к формированию ожидаемой эффективной дозы (ОЭД), полученной человеком, равной 5,1 мЗв, что превышает ОЭД для населения.
- Впервые было установлено, что тропическое растение Эйхорнию отличную возможно культивировать в воде обследованных водоемов ПО Маяк и использовать в качестве биосорбента за счет высоких коэффициентов накопления радионуклидов и быстро увеличивающейся фитомассы. Низкая зольность растений способствует увеличению концентрации радионуклидов при озолении, что необходимо для компактного захоронения зольных остатков.
Апробация работы. Основные результаты и положения диссертации обсуждались на научных советах, научных съездах и конференциях, в том числе всероссийских и международных, а также на ученых советах ФГУП Южно-Уральский институт биофизики.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, из них 3 статьи в изданиях, рекомендуемых ВАК Минобразования и науки РФ для публикации основных положений диссертации на соискание ученой степени кандидата наук.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и списка литературы из 142 наименований, в том числе 17 на иностранном языке. Работа изложена на 158 страницах машинописного текста, иллюстрирована 22 рисунками, 44 таблицами.
ичный вклад диссертанта. Материалом для диссертации послужили данные, полученные в результате проведения автором ряда полевых и лабораторных исследований в период с 2008 по 2011 гг. на водоемах зоны воздействия ПО Маяк. Автор непосредственно участвовал в отборе образцов воды на водоемах ВУРСа и ТКВ, проведении отлова летучих мышей, высадке растений Эйхорнии отличной, проведении подготовки образцов к исследованиям, проведении лабораторных анализов определения гидрохимических параметров и содержания техногенных радионуклидов в пробах. Все полученные в процессе исследований экспериментальные и теоретические материалы были проанализированы, статистически обработаны и обобщены автором в диссертации.
Благодарности.
Автор выражает искреннюю глубокую благодарность своему научному руководителю, доктору биологических наук Смагину Андрею Ивановичу, а также всем, кто оказывал помощь и поддержку соискателю.
ГЛАВА 1. Степень изученности проблемы накопления техногенных радионуклидов различными видами животных и опасности зоогенного выноса, как фактора облучения человека (обзор литературы)
В главе приводится история изучения явления естественной и техногенной радиоактивности природных объектов, основные закономерности распределения и миграции техногенных радионуклидов 90Sr и 137Cs в водных экосистемах, особенности накопления радионуклидов в организме рыб и диких водоплавающих птиц, относящихся к основным объектам охоты. Описано открытие феномена зоогенного распространения радионуклидов рукокрылыми в 1993 г. Проведен обзор методов очистки водных объектов, загрязненных радиоактивными изотопами.
ГЛАВА 2. Объекты и методы проведения исследований
2.1. Характеристика района исследования
Приводятся основные географические, геологические, ландшафтные и климатические особенности района исследований, общие особенности флоры и фауны.
2.2. Объекты исследований
2.2.1. Характеристика исследуемых водоемов.
В качестве объектов исследования были выбраны водоемы головной части ВУРСа - оз. Урускуль, Бердениш, Кажакуль и промышленные водоемы ФГУП ПО Маяк. Морфометрические и гидрологические характеристики изученных водоемов представлены в таблицах 2.1 и 2.2 (Мартюшов и др., 2000, Глаголенко и др., 2002).
Таблица 2.1 - Морфометрические и гидрологические характеристики водоемов, расположенных на территории ВУРСа
Параметры водоема | Урускуль | Бердениш | Кажакуль |
Площадь, км2 | 4,4 | 12,1 | 8,5 |
Объем воды, млн. м3 | 8,62 | 18,0 | 39,0 |
Преобладающая глубина, м | 2,0 | 1,9 | 4,0 |
Максимальная глубина, м | 3,5 | 2,0 | 6,5 |
Наибольшая длина, км | 2,7 | 5,5 | 3,9 |
Наибольшая ширина, км | 1,9 | 2,6 | 2,1 |
Длина береговой линии, км | 8,0 | 13,8 | 12,0 |
Водосборная площадь, км2 | 17,0 | 33,2 | |
Проточность | Бессточный | Период. сточный | Бессточный |
2.2.2. Объекты радиоэкологических исследований
Объектами исследования являлись следующие виды животных: Рыбы - плотва (Rutilus rutilus lacustris Pallas), окунь (Perca fluviatilis L.), карп (Cyprinus carpio L.), карась (Carassius carssius L.), щука (Esox lucius L.) (Экология рыбЕ., 2006; Вилер, 1982; Попов, 2007); Наиболее массовый вид водоплавающих птиц - кряква (Anas platyrhynchos (L.); Летучие мыши - прудовая ночница (Myotis dasycneme Boie.), северный кожанок (Eptesicus nilssonii Keyserling et Blasius), двухцветный кожан (Vespertilio murinus Linnaeus), ночница Брандта (Myotis brandtii Eversmann). В качестве биосорбента испытывали тропическое растение Эйхорнию отличную (водяной гиацинт) - Eichhornia crassipies (Mart.) Solms-Laub.
Таблица 2.2 - Гидрологическая характеристика промышленных
водоемов ПО Маяк
Параметры водоема | В-3 | В-4 | В-10 | В-11 | В-17 |
Отметка над уровнем моря (м) | 223,4 | 219,8 | 219,5 | 217 | Ц |
Площадь водного зеркала (км2) | 0,8 | 1,3 | 18 | 47 | 0,13 |
Объем (млн.м3) | 0,8 | 3,8 | 80 | 255 | 0,3 |
Водный режим | Слабо проточный | Бессточн. | Бессточн.* | ||
Примечание: * - последние 30 лет водоем эксплуатируется в режиме испарителя - хранилища радиоактивных отходов. | |||||
2.3. Объекты и методы проведения исследований
2.3.1. Методы отбора образцов
Для проведения гидрохимических исследований водоемов образцы воды отбирали батометрами различных конструкций. Рыбу отлавливали в экспериментальных и контрольных водоемах стандартным набором ставных сетей (Методика изучения биогеоценозов ..., 1975), в основном, в летний период 2008-2010 гг. Для проведения экспериментов в каждом из исследованных водоемов отлавливалось не менее чем по 100 экземпляров каждого вида.
Отлов летучих мышей проводили в 2009 и 2010 гг. на территории Базы отдыха Волна (Б/О Волна) и ДОЛ Звёздочка совместно с сотрудниками ИЭРиЖ УрО РАН при помощи ряжовых сетей, развешиваемых напротив мест вылета летучих мышей из убежища. Определение видовой принадлежности животных проводили визуально, используя определители (Кожурина, 1997; Кузякин, 1950).
2.3.2. Методы измерения образцов
Гидрохимические параметры воды определяли с использованием стандартных методик (Алекин, 1970; Алекин и др., 1973; Унифицированные методы Е, 1971).
Удельную активность радионуклидов в образцах водных растений и животных измеряли в Центральной заводской лаборатории ФГУП ПО Маяк (Свидетельство № 741-03, 2003; Свидетельство № 901-05, 1999), ФГУП ЮУрИБФ и Санитарно-эпидемиологической станции г. Озерска на аттестованном оборудовании по утвержденным аттестованным методикам в соответствии с существующими ОСТ и ГОСТ. Результаты измерений удельной активности образцов приводятся для растений естественной влажности, а коэффициенты концентрирования (Кк) радионуклидов по отношению к воде.
2.4. Санитарное нормирование загрязнения радионуклидами воды, рыбы и водоплавающей птицы
Для оценки качества воды по показателям радиационной безопасности использовали нормативные значения допустимого уровня вмешательства (УВ) для воды, которые для радионуклидов 90Sr и 137Cs составляют 5 и 11 Бк/л соответственно (Нормы радиационной безопасности - 99 (НРБ-99/2009).
, (1)
где Аi - удельная активность i-го радионуклида в воде, Бк/л;
УВi - уровни вмешательства для i-го радионуклида, принимаемые по Приложению 2а к НРБ-99/2009, Бк/кг;
N - общее число определяемых радионуклидов в воде.
Определение удельной активности радионуклидов в организме рыб и водоплавающей птицы проводили, руководствуясь санитарными правилами и нормами СанПиН (СанПиН-96, 1997; СанПиН 2.3.2.1078-01) табл. 2.3. Допустимые уровни (ДУ) содержания радионуклидов 90Sr и 137Cs в пищевых продуктах обеспечивают непревышение предела дозы (ПД) 1 мЗв и предела годового поступления (ПГП) при условии, что суточное поступление 90Sr с пищей не превышает 100 Бк/сут, а 137Cs - 210 Бк/сут.
Пищевой продукт годен к употреблению, если:
(90Sr) + (137Cs) ≤ 1 (2)
где: А - удельная активность данного радионуклида пищевом продукте;
Н - норматив из таблицы 2.3 (СанПиН 2.3.2.1078-01). В соответствии с этим документом допустимый уровень (Н) содержания 90Sr и 137Cs по данным из табл. 2.3 (кБк/кг). Если сумма значений, рассчитанная по формуле (2), больше 1, то следует руководствоваться документом Нормы радиационной безопасности - 99 (НРБ-99/2009).
- Таблица 2.3 - Гигиенические требования безопасности пищевых продуктов
- (по СанПиН 2.3.2.1078-01)
|
| |
90Sr | 137Cs | |
Мясо диких животных, без костей | 0,1 | 0,32 |
Кости (все виды) | 0,2 | 0,16 |
Мясо птицы | 0,08 | 0,18 |
Рыба живая, свежая, охлажденная, фарш, филе | 0,1 | 0,13 |
Удельную активность радионуклидов в тканях рыб рассчитывали на кг сырого веса ткани, органа либо тушки (целиком). Интегральная ошибка пробоотбора, подготовки образцов и измерений не превышала 50 %.
2.5. Метод оценки возможности очистки воды водоемов от радионуклидов с помощью биосорбента
Для оценки возможности использования Эйхорнии отличной в качестве биосорбента радионуклидов растения в 2008 г. были высажены в прибрежную зону водоемов, загрязненных радиоактивными веществами: В-22, В-23, В-17, водоем Лог 1, В-3, В-4, В-10 и В-11. Оценку скорости размножения проводили с использованием предложенного соискателем показателя - индекс скорости клонирования (Сккл).
2.6. Статистическая обработка результатов исследований
Статистическую обработку результатов проводили стандартными методами (Плохинский, 1970, 1980; Урбах, 1964; Орлов А.И., 2004; Гланц С., 1999) с использованием программных пакетов STATISTICA и BIOSTAT (версия 3.03).
Результаты собственных исследований
ГЛАВА 3 Исследование особенностей гидрохимического режима и современных уровней радиоактивного загрязнения воды в водоемах зоны воздействия ПО Маяк
3.1. Современные гидрохимические особенности исследуемых водоемов
Гидрохимические характеристики исследованных водоемов значительно различаются, что обусловлено особенностями происхождения и пополнения. Вода водоемов ВУРСа относится к гидрокарбонатно-натриевой группе содового типа. В оз. Урускуль, Бердениш, Кажакуль наблюдаются сезонные колебания гидрохимических параметров. Анализ гидрохимических показателей промышленных водоемов ПО Маяк (В-3, В-4, В-10, В-11, В-17) позволяет заключить, что в течение рассматриваемого временного интервала гидрохимические показатели изменялись в достаточно широких пределах и находятся в тесной взаимосвязи со сбросом растворов радионуклидов, кислот, щелочей и фекальных вод.
3.2. Современные уровни радиоактивного загрязнения воды исследованных водоемов
Наполнение водохранилищ Теченского каскада водоемов в основном происходит за счет сброса химических радиоактивных растворов, ливневых и фекальных вод промышленной площадки ПО Маяк в В-3 и В-4 (см. рис 1).
Радиационный режим водоемов ВУРСа определяется радионуклидами, поступившими в них в 1957 и 1967 г.г. Современные уровни удельной активности воды в водоемах ТКВ, ВУРСа и их отношение к уровню вмешательства (УВ), составляющего для радионуклидов 90Sr и 137Cs 5 и 11 Бк/кг соответственно, приводятся на рис.2. Радиационный режим водоемов ТКВ (В-3, В-4, В-10, В-11) и В-17 определяется количеством накопленных за период многолетней эксплуатации радиоактивных отходов. Вклад вновь поступающих со сбросами ПО Маяк радионуклидов в активность воды водоемовЦхранилищ по сравнению с уже накопленной активностью незначителен. В настоящее время изменения уровня радиоактивности воды водоемах ВУРСа обусловлены поверхностным стоком радионуклидов с загрязненной территории и перераспределением радионуклидов, накопленных в илах.
Рис.2. Градация уровней загрязнения воды в исследуемых водоемах радионуклидами 90Sr и 137Cs по отношению к уровню вмешательства.
ГЛАВА 4 Накопление радионуклидов в организме животных, обитающих на территории ВУРСа и ТКВ
4.1. Накопление радионуклидов 90Sr и 137Cs в организме рыб
Нами было установлено, что для хищных рыб (окуня и щуки), обитающих во всех обследованных водоемах, прослеживается тенденция увеличения уровня удельной активности радионуклидов 90Sr и 137Cs. Также наблюдали явление размерного эффекта - крупные рыбы накапливают гораздо больше радионуклидов по сравнению с мелкими особями этого же вида, что подтверждает полученные ранее результаты исследований в зоне загрязнения ЧАЭС. (Рябов, 2004). В оз. Кажакуль отдельные особи плотвы и окуня крупных размеров имеют содержание 90Sr выше существующих нормативов, хотя средние значения отношения уровня удельной активности рыбы к ДУ ниже установленных нормативов. Средние значения уровней удельной активности рыбы в водоемах ТКВ, ВУРСа и их отношение к уровню вмешательства (УВ), приводятся на рис. 3.
По степени снижения удельной активности радионуклидов по отношению ДУ в тушках рыб исследуемые водоемы можно расположить в следующий ряд: В-4>В-10>В-11>В-23>В-22>В-25. Полученные данные свидетельствуют о высокой степени опасности при употреблении в пищу рыбы из промышленных водоемов. Сотрудниками отдела МВД п. Метлино в последние десятилетия фиксировались нарушения охранного режима санитарной зоны предприятия и случаи браконьерства на водоемах, загрязненных радионуклидами. В настоящее время доступ на восточную часть оз. Кажакуль не ограничен, водоем служит рекреационной зоной прилегающих населенных пунктов. Для водоемов ТКВ (В-4, В-10 и В-11) допустимые уровни содержания радионуклидов 90Sr и 137Cs превышают нормативы в сотни раз. По степени снижения содержания радионуклидов в тушках рыб водоемы ТКВ можно расположить в следующий ряд В-4>В-10>В-11. Концентрация радионуклидов в данных водоемах по настоящее время остаются высокой, что и определяет повышенную удельную активность организмов обитающих в них рыб.
Рис.3 Сравнительная оценка уровней удельной активности 90Sr и 137Cs в тушках рыб из исследованных водоемов относительно допустимого уровня,
обеспечивающего непревышение предела дозы 1 мЗв для населения.
4.2. Накопление радионуклидов 90Sr и 137Cs в организме водоплавающих птиц, относящихся к основным объектам охоты
Биофизической лабораторией ФГУП ЮУрИБФ ежегодно регистрируются случаи поступления радионуклидов в организм человека с загрязненными продуктами питания - рыбой и мясом диких птиц. Для определения уровней загрязнения дикой водоплавающей птицы, гнездующейся на исследуемых водоемах, мы использовали данные о коэффициентах концентрирования (Кк) радионуклидов дикими водоплавающими птицами, полученные на Хэнфордском заводе КАЭ в США на реке Колумбия (Hanson, Kornberg, 1956) - Кк для 90Sr в скелете водоплавающих птиц составлял 500, Кк для 137Cs в мышечной ткани - 250 (по отношению к концентрации этих нуклидов в воде водоема). Этими же и другими авторами приводятся и более высокие Кк для водоплавающих птиц. У некоторых особей они доходили до 900 для 137Cs и до 1500 для 90Sr (Hanson, Kornberg, 1956; Ильенко А.И., Рябцев И.А., 1980; Рябцев И.А., Тарасов О.В., 1993). При проведении расчетов нами были приняты Кк для 90Sr - 500, для 137Cs - 250. Оценочные значения удельной активности радионуклидов в водоплавающей птице и отношение к нормативу допустимого уровня (ДУ) содержания 90Sr и 137Cs в пищевых продуктах приведены на рис.4
Рис.4 Сравнительная оценка уровней удельной активности 90Sr и 137Cs в организме уток, обитающих на водоемах зоны воздействия ПО Маяк, относительно допустимого уровня, обеспечивающего
непревышение предела дозы 1 мЗв для населения.
Приведенные на рис. 4. уровни удельной активности 90Sr и 137Cs в организме водоплавающей птицы представляют пессимистический прогноз возможных уровней накопления техногенных радионуклидов водоплавающей птицей, обитающей и кормящейся в течение гнездового периода и периода линьки на водоемах ТКВ и ВУРСа либо выросшей на них. По степени снижения содержания радионуклидов в организме водоплавающих птиц водоемы ТКВ и ВУРСа можно расположить в следующий ряд: В-3>В-4>В-10>В-11>В-23>В-22>В-25.
4.3. Накопление радионуклидов 90Sr и 137Cs в организме летучих мышей и формирование очагов радиоактивного загрязнения
В полевые сезоны 2009-2010 гг. нами было отловлено 32 особи рукокрылых на территории Челябинской и Свердловской областей. Было установлено, что в выборке присутствуют 4 вида летучих мышей: прудовая ночница (Myotis dasycneme Boie) 15 особей - преобладающий вид, двуцветный кожан (Vespertilio murinus Linnaeus) 13 особей, северный кожанок (Eptesicus nilssonii Keyserling et Blasius) 3 особи, ночница Брандта (Myotis brandtii Eversmann) 1 особь. Измерены уровни удельной активности тушек животных.
Сравнение двух выборок летучих мышей из Челябинской и Свердловской областей проводили при помощи критерия Стьюдента. В качестве группы сравнения были взяты 15 тушек летучих мышей, отловленных в трёх различных точках Свердловской области. Из расчёта были исключены значения содержания радионуклидов в тушках летучих мышей, отличающиеся на 2-3 порядка от остальных значений. Критерий Стьюдента по содержанию 137Cs в тушках летучих мышей равен 3,05, а для бета-излучающих радионуклидов в тушках летучих мышей - 3,03, что свидетельствует о достоверном превышении содержания радионуклидов в выборке летучих мышей из Челябинской области.
В результате радиометрического обследования летом 2010 г. строений ДОЛ Звёздочка, было выявлено два локальных пятна радиоактивного загрязнения. Наличие локальных очагов радиоактивного загрязнения строений с активностью, превышающей фоновые значения, свидетельствует о продолжающемся распространении радионуклидов колониями летучих мышей. Предположительно нахождение в помещениях, в которых обитают колонии летучих мышей на территории Б/О Волна и ДОЛ Звёздочка, не представляет большой опасности, но требует постоянного наблюдения.
Для прижизненного измерения 137Cs в тушках летучих мышей, нами предложено адаптировать Спектрометр излучения человека (СИЧ). С целью определения точности показаний СИЧ по сравнению со стандартными методиками нами было проведено измерение удельной активности 137Cs в тушках летучих мышей на установке СИЧ 7.5 в ЮУрИБФ и измерение этих же летучих мышей на спектрометрическом комплексе Прогресс в ИЭРиЖ УрО РАН. Коэффициент корреляции (r) составил 0,88, что свидетельствует о достоверной сопоставимости измерений удельной активности 137Cs, полученных на различных установках. Методика измерения удельной активности 137Cs в тушках летучих мышей, требует доработки, но даже в имеющемся варианте данный метод измерений дал достаточно точные результаты, что на наш взгляд позволяет использовать СИЧ 7.5 для прижизненного измерения удельной активности 137Cs летучих мышей.
ГЛАВА 5. Оценка опасности загрязненных водоемов как источников облучения человека в результате поступления радионуклидов в рацион с продуктами рыбного и охотничьего промысла
Нами предложено ранжировать исследуемые водоемы по степени опасности следующим образом (таб. 5.1). В таб. 5.2 приводятся результаты ранжирования исследованных нами водоемов ВУРСа и ТКВ с различными уровнями загрязнения по степени опасности для человека при использовании воды, а также при употреблении в пищу рыбы и водоплавающей птицы. Большинство случаев повышенного облучения (см. табл. 5.3. № 1, 2, 3, 4, 8, 9, 10) было выявлено в результате срабатывания системы биофизической защиты на контрольно-пропускных пунктах различных подразделений ПО Маяк. Также выявляются случаи поступления радионуклидов 137Cs и 90Sr с пищей при плановых обследованиях населения и при проверке подозрения на поступления радионуклидов. Максимальная доза облучения зарегистрирована в 2005 г. при употреблении в пищу мяса дикой утки. Рассчитанная ожидаемая эффективная доза (ОЭД) от радионуклидов 90Sr и 137Cs для двух пострадавших превысила пределы доз, установленные НРБ-99 для населения (1 мЗв).
Таблица 5.1 - Критерии классификации водоемов по степени опасности при зоогенном выносе радионуклидов
Степень опасности водоема | Критерий |
Особо опасные | Превышение по одному из показателей в 1000 и более раз |
| Превышение по одному из показателей в 100 и более раз |
Опасные II степени | Превышение по одному из показателей в 10 и более раз |
Опасные III степени | Водоемы частично ограниченного использования. В отдельных случаях наблюдаются превышение нормативных показателей |
Таблица 5.2 - Классификация водоемов ВУРСа и промышленных водоемов ПО Маяк по степени опасности для человека
Водоем | Вода относительно УВ | Рыба | Птица* | Степень опасности | |
90Sr | 137Cs | (90Sr)+(137Cs) | (90Sr)+(137Cs) | ||
В-17 | 52350 | 35447 | Ц | Ц | Особо опасные |
В-3 | 742 | 49 | Ц | 23819 | |
В-4 | 928 | 23 | 3755 | 29111 | |
В-10 | 617 | 1,4 | 2182 | 19396 | |
В-11 | 286 | 0,13 | 734 | 8753 |
|
В-23 | 2 | 0,04 | 72 | 458 | Опасные II степени |
В-22 | 14,6 | 0,11 | 6 | 57 | |
В-25 | 0,04 | 0,02 | 0,6 | 1,55 | Опасные III степени |
Примечание: * - приведена сумма расчетных данных | |||||
Из расчетов, выполненных нами, следует, что через систему физической защиты (высокочувствительные дозиметры) проходит около 1000 человек, работающих на ПО Маяк. В г. Озёрске и близлежащих населённых пунктах проживает 150-200 тысяч человек. Если предположить, что частота случаев облучения среди населения за счёт употребления в пищу загрязнённых радионуклидами рыбы или мяса дикой птицы такая же, как среди персонала ПО Маяк, то облучению свыше установленных нормативов (1 мЗв в год для населения) ежегодно подвергаются 150-200 человек. Следовательно, проблема достаточно серьёзна и требует детального изучения.
Таблица 5.3 - Результаты обследований 10 человек, пострадавших от поступления радионуклидов 137Cs и 90Sr с пищей
(по данным Лаборатории №3 ЮУрИБФ)
№ | Дата и источник поступления радионуклидов | Поступление, кБк | Отношение к | ||
90Sr | 137Cs | 90Sr | 137Cs | ||
1 | Ноябрь 2001 г. Утка | Отс. | 71 | Отс. | 0,9 |
2 | Декабрь 2001 г. Утка | 2 | 250 | 0,15 | 3,3 |
3 | Май 2002 г. Рыба | 0,18 | 26 | 0,01 | 0,33 |
4 | Май 2002 г. Рыба | 30 | 160 | 2,3 | 2,0 |
5 | Май 2002 г. Рыба | 10 | 93 | 0,78 | 1,2 |
6 | Май 2002 г. Рыба | 0,19 | 45 | 0,01 | 0,58 |
7 | Май 2004 г. Рыба | 1,3 | 58 | 0,1 | 0,75 |
8 | Май 2005 г. Утка | 0,173 | 390 | 0,01 | 5,1 |
9 | Май 2005 г. Утка | 0,013 | 110 | >0,01 | 1,4 |
10 | Ноябрь 2006 г. Утка | 0,28 | 26 | 0,02 | 0,34 |
ГЛАВА 6. Исследование возможности использования Эйхорнии отличной (Eichhornia crassipies (Mart.) Solms-Laub) в качестве биосорбента для очистки воды, загрязненной радионуклидами 90Sr и 137Cs
Для оценки возможности использования Эйхорнии отличной в качестве биосорбента растения были высажены в прибрежную зону исследуемых водоемов. Используя индекс СКкл., мы ранжировали водоемы по скорости размножения Эйхорнии и построили следующий ряд: В-10>В-11>В-17>В-3>В-4>В-22>В-23. Нами были рассчитаны коэффициенты концентрирования (Кк) радионуклидов Эйхорнией отличной в ряде водоемов (табл. 6.1.), анализ которых показывает, что Кк для различных частей растений в разных водоемах изменяются в широких пределах. Накопление радионуклидов растениями зависит от удельной активности воды, а также от содержания в воде их химических аналогов. Оценивая возможность использования данного растения для фитодезактивации, необходимо учитывать утилизацию и захоронение растений. Масса золы после сжигания растения около 2%, значит, из 1 тонны растений получится около 20 кг золы, требующей захоронения.
Таблица 6.1 - Коэффициенты концентрирования (Кк) радионуклидов
90Sr и 137Cs Эйхорнией отличной
Водоемы | 90Sr | 137Cs | ||||
истья | Стебли | корни | истья | стебли | корни | |
В-22 | 290 | 645 | 699 | 4762 | 54524 | 5476 |
В-23 | 189 | 372 | 687 | 2900 | 60000 | 77000 |
В-3 | 366 | 341 | 317 | 155 | 141 | 1440 |
В-4 | 341 | 492 | 339 | 205 | 114 | 5600 |
В-10 | 261 | 197 | 117 | 0,6 | 0,4 | 2,4 |
В-11 | 562 | 316 | 269 | 2,9 | 9,8 | 6,3 |
В-17 | 77 | 88 | 94 | 880 | 711 | - |
ог 1 | 550 | 8300 | 17400 | 2121 | 151515 | 769697 |
ВЫВОДЫ
- Основными дозообразующими радионуклидами, определяющими радиационную опасность исследованных водоемов при использовании воды, а также при употреблении в пищу рыбы и водоплавающей птицы, являются 90Sr и 137Cs.
- Уровни удельной активности воды в водоемах ВУРСа ниже, чем в промышленных водоемах на порядок и более величины. Уровень загрязнения воды водоема оз. Кажакуль 90Sr составляет 0,70,03 Бк/дм3, что в 50 раз ниже уровня вмешательства. В то же время, исходя из безопасности использования биоресурсного потенциала рыбы и водоплавающей птицы загрязнение водоема оз. Кажакуль 90Sr является субпредельным.
- Обследованные водоемы по степени снижения опасности для человека за счет использования воды и зоогенного выноса радионуклидов располагаются в следующий ряд: В-17>В-3>В-4>В-10>В-11>В-23>В-22>В-25.
- Установлено, что основным дозообразующим радионуклидом при употреблении в пищу мяса водоплавающей птицы, обитавшей на исследуемых водоемах, является 137Cs, зафиксированная максимальная доза от которого составляла 5,1 мЗв, что превышает безопасный уровень воздействия для населения 1 мЗв в год. При употреблении в пищу загрязненной рыбы основным дозообразующими радионуклидом также является 137Cs, хотя в отдельных случаях 90Sr может вносить близкий по значению вклад в формирование дозы облучения человека.
- Употребление в пищу водоплавающих птиц и рыбы жителями населенных пунктов, расположенных в зоне воздействия ПО Маяк, вероятно, приводит к ежегодному облучению не менее 150-200 человек в дозе превышающей безопасный уровень воздействия 1 мЗв в год.
- В результате зоогенного выноса радионуклидов рукокрылыми из промышленных водоемов ПО Маяк продолжают формироваться пятна радиоактивного загрязнения вне зоны воздействия предприятия. Уровни удельной активности животных в настоящее время остаются высокими и достигают значений по 137Cs 665,47 Бк/г, по 90Sr - 238,5 Бк/г. Несмотря на дезактивацию помещений радиоактивное загрязнение строений в О/Л Звездочка остается высоким - ППБЧ достигает 2250 -част/см2мин, что превышает значения фона на территории почти в 500 раз.
- Тропическое растение Эйхорнию отличную можно культивировать в воде обследованных водоемов ПО Маяк и использовать в качестве биосорбента за счет высоких коэффициентов накопления радионуклидов, достигающих в ряде водоемов десятков и сотен тысяч, и быстро увеличивающейся фитомассы. Низкая зольность растений (около 2%) способствует увеличению концентрации радионуклидов при озолении, что необходимо для компактного захоронения зольных остатков. Наиболее привлекательным представляется использование данного метода для очистки сбросов спецпрачечной ПО Маяк.
ОПУБЛИКОВАННЫЕ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК:
1. Smagin A.I., Dmitrieva A.V. Zoogenic transfer of radionuclides as a factor of human exposures.//A.I. Smagin, A.V. Dmitrieva/Интернет-журнал Технологии техносферной безопасности( №3(37)июнь 2011г.7с.
2. Смагин А.И., Дмитриева А.В. Исследование радиоэкологического состояния оз. Кажакуль. // А.И. Смагин, А.В. Дмитриева, О.В. Тарасов, Э.Б. Будущев, Е.В. Витомскова / Вопросы радиационной безопасности. 2011. № 2. - С. 43-46.
3. Smagin A.I., Dmitrieva A.V. Role of bats (Chiroptera) in radionuclide transfer in Southern Urals. // A.I. Smagin, A.V. Dmitrieva, O.L. Orlov, I.V. Nevolina / Интернет-журнал Технологии техносферной безопасности ( Выпуск 1 (41) - февраль 2012 г. - 6 с.
Публикации в других изданиях:
4. Смагин А.И., Дмитриева А.В. Опасность зоогенного переноса радиоактивных веществ из зоны радионуклидной геохимической аномалии. // А.И. Смагин, А.В. Дмитриева, И.В. Неволина /Материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием Проблемы географии Урала и сопредельных территорий (Челябинск, 20-22 мая 2010 г.) Челябинск, Абрис 2010. - С. 140-145.
5. Дмитриева А.В., Смагин А.И. О проблеме зоогенного переноса радионуклидов с территории, загрязненной в результате деятельности ПО Маяк. // А.В. Дмитриева, А.И. Смагин / Тезисы доклада на IV съезде по радиационным исследованиям г. Москва 25-28 октября 2010 г. Т II - С. 23.
6. Смагин А.И., Дмитриева А.В. Накопление радионуклидов в водоплавающей птице и рыбе, обитающих в экосистемах, расположенных в зоне влияния ПО Маяк, как фактор облучения человека. // А.И. Смагин, А.В. Дмитриева, И.А. Рябцев / Адаптация биологических систем к естественным и экстремальным факторам среды: материалы III Международной научно-практической конференции. - Челябинск: Изд-во Челяб. гос. пед. ун-та. 20 ноября 2010 - С. 9-22.
7. Дмитриева А.В., Смагин А.И. Оценка возможности использования эйхорнии отличной (Eichhornia crassipies (Mart. Solms-Laub) в качестве биосорбента радионуклидов. //А.В. Дмитриева, А.И. Смагин, О.В. Тарасов / Материалы международной научной конференции Синтез знаний в естественных науках. Рудник будущего: проекты, технологии, оборудование; Естественнонаучн. ин-т. изд. Перм. гос. нац. иссл. ун-т - Пермь, 2011. - Т.2 - С. 45-51.
8. Смагин А.И., Дмитриева А.В. Изучение накопления техногенных радионуклидов 90Sr и 137Cs некоторыми видами отряда рукокрылых (Chiroptera) формирование локальных очагов радиоактивного загрязнения их колониями. // А.И. Смагин, А.В. Дмитриева / Географическое пространство: сбалансированное развитие природы и общества. Материалы II заочной всероссийской научно-практической конференции. Челябинск, Магнитогорский Дом печати .2011 год. - С. 213-220.
9. Смагин А.И., Дмитриева А.В. Накопление радионуклидов рыбами, обитающими в промышленных водоемах ПО Маяк и озерах ВУРСа. // А.И. Смагин, А.В. Дмитриева / Материалы II Всероссийской научно-практической конференции Проблемы географии Урала и сопредельных территорий г. Челябинск 22-25 мая 2012 года (в печати).
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по биологии