Загрязнение биосферы во всем мире сегодня остается острой и важной проблемой. Оно может быть вызвано разными причинами. Например, добыча радиоактивных руд, условия их хранения, транспортировка, утечка и захоронения отходов радиоактивных компонентов. А все живое очень сильно зависит от окружающей среды.
Территория Центральной Азии во второй половине XX в. являлась одной из главных минерально-сырьевых баз природного урана и редкоземельных элементов для бывшего СССР. С 1907 г. в горных районах функционировали рудники и комбинаты, осуществлявшие добычу и переработку урановых руд, редкоземельных элементов. В качестве наследия от многолетней деятельности этих предприятий осталось огромное количество радиоактивных отходов, размещенных на поверхности земли в отвалах и хвостохранилищах [1].
В Кыргызстане большинство хвостохранилищ находится в пределах населенных пунктов, бассейнов и русел рек. При Советском Союзе был четкий контроль, но после его развала долгое время они оставались без технического надзора. Кыргызстан по своему физико-географическому положению является страной с высокой сейсмической и оползневой активностью, вследствие чего места захоронения радиоактивных отходов тоже находятся в местах прохождения паводков, селей и с близким залеганием грунтовых вод.
Перечисленные опасные природные процессы и явления в сочетании с несанкционированным доступом местного населения к хранилищам радиоактивных отходов, ухудшают экологическую обстановку в районах складирования отходов [2].
Согласно имеющимся данным в Кыргызской Республике имеются 72 объекта складирования радиоактивных отходов (хвостохранилищ и горных отвалов). Общий объем твердых радиоактивных отходов превышает 130 млн м3, а занимаемая ими площадь составляет 650 гектаров (га). Наибольшую опасность представляют 35 радиоактивных хвостохранилищ с общим объемом в 48,3 млн м3, включая 29 хвостохранилищ с отходами уранового производства общим объемом до 41 млн м3 хвостового материала. Дополнительно 35 объектов (отвалы пустой породы) с низким содержанием урановой руды общим объемом 83 млн м3 также находятся на территории страны [3].
Хозяйственная деятельность человека воздействует на окружающую среду по-всякому, но переработка горнопромышленного производства носит широкомасштабный и объемный характер. Неразумная эксплуатация горных ресурсов приводит к обвалам, селям и вызывает деградацию природной среды. Это все более обостряет проблему охраны окружающей среды в процессе освоения минеральных ресурсов.
Провинция Мин-Куш расположена в отрогах хребта Молдо-Тоо, который замыкает долину Джумгал – горностепной пояс, на высоте 2200–2500 м над ур. м. [4].
Следует отметить, что в течение двух лет с начала пуска гидрометаллургического цеха (до 1957 г.) все жидкие и твердые отходы производства сбрасывались в р. Мин-Куш без очистки. С 1957 г. отходы складировались в хвостохранилищах, которые были законсервированы после закрытия рудника в 1969 г. [5].
В настоящее время, в результате разносторонних исследований хвостохранилища Туюк-Суу установлены некоторые угрозы, такие как разрушение железобетонной конструкции и дамбы, в случае возникновения чрезвычайных ситуаций. Эта опасность усугубляется возникновением прорывного потока в находящихся ниже хвостохранилища участках, в случае внезапного и полного разрушения оползневой дамбы. Особую опасность и риск реализации катастрофического сценария представляет возможный частичный или полный захват и вовлечение в движение прорывного потока радиоактивных отходов, заскладированных на хвостохранилище Туюк-Суу. Это повлечет за собой разрушение жилых домов, расположенных в приустьевой части р. Туюк-Суу, а также радиоактивное загрязнение русел и поймы р. Мин-Куш, Коко-Мерен и Нарын [1].
Цель работы: оценка современного состояния почвенного покрова района Туюк-Суу природно-техногенной урановой провинции Мин-Куш.
Материалы и методы исследования
Нами проведены исследования почвенного покрова участка, где находится хвостохранилище Туюк-Суу поселка Мин-Куш. При определении мощности экспозиционной дозы было выявлено, что радиационный фон хвостохранилища Туюк-Суу повышен. Мощность экспозиционной дозы колеблется в пределах 60–65 мкР/ч (табл. 1).
Таблица 1
Уровень радиационного фона в техногенной провинции Мин-Куш
|
Местоположение |
Высота над уровнем моря (м) |
Координаты |
Экспозиционная доза (на высоте 10 см от земли), мкр\ч |
|
Хвостохранилище Туюк-Суу |
2104 |
N – 41 °39,531" E – 074 °28,050" |
60–65 Локально 100–150 |
|
пгт. Мин-Куш, 17-площадка |
2107 |
N – 41 °40,876" E – 074 °26,919" |
35–38 |
|
Хвостохранилище Дальний |
2018 |
N – 41 °41,160" E – 074 °21,792" |
50–55 Локально 200–250 |
|
Хвостохранилище Талды-Булак |
1926 |
N – 41 °40,922" E – 074 °23,734" |
50–55 |
|
Хвостохранилище Как |
1938 |
N – 41 °41,054" E – 0,74 °22,572" |
60–75 Локально 150–200 |
|
с. Кок-Ой |
1562 |
N – 41 °52,828" E – 0,74 °25,412" |
18–25 |
Примечание. Данные лаборатории биогеохимии, Институт биологии Национальной академии наук Кыргызской Республики (НАН КР).
Естественные радионуклиды распределены неравномерно в разных типах почв и на различных их глубинах. Вертикальное распределение радионуклидов исследовалось многими авторами [6–9].
Радиоактивность почв обусловлена присутствием в них широкого набора радиоактивных элементов естественного и техногенного происхождения. Важнейшими и самыми распространенными естественными радиоактивными элементами в природе являются: калий (К), уран (U), торий (Th), полоний (Po), радий (Ra), свинец (Pb). Два последних являются наиболее биологически опасными среди естественных радионуклидов [10].
В почве миграция радионуклидов зависит от физико-химических свойств отдельных изотопов и формы химических соединений, в которых они находятся, рН среды, характера движения грунтовых вод и др. [11].
Полевые исследования проведены летом 2018 г. На близлежащих участках территории хвостохранилища Туюк-Суу были отобраны почвенные образцы из верхних горизонтов (0–20 см), поскольку радионуклиды аккумулируются в плодородном слое почвы. Лабораторные анализы радионуклидов в почвах проведены в лаборатории биогеохимии Института биологии Национальной академии наук Кыргызской Республики в гамма-спектрометре «Canberra». Все измеренные спектры обрабатывали с помощью программ для гамма-спектрометрического анализа.
С учетом ландшафтно-геохимических и метеорологических условий отбор образцов почв проводили согласно ГОСТ 17.4.3.01-83 «Общие требования к отбору проб почвы» [12].
Почвенный образец, взятый из одной точки, тщательно перемешивался и отбирался, средняя проба примерно 300–400 г [13].
Результаты исследования и их обсуждение
Жизнь любого живого организма зависит от окружающей среды, в частности, от естественного радиационного фона, обеспечивающего оптимальные условия для их жизнедеятельности. При оценке опасности различных излучений обязательно надо учитывать характер и уровень облучения от различных источников.
Почвенный покров объекта исследования представлен горными темно-каштановыми и горными субальпийскими-лугово-степными почвами.
Горные темно-каштановые почвы характеризуются как низким, так и средним плодородием, среднекаменистые, среднемощные, с различным механическим составом. Содержание гумуса в верхнем слое почвы (0–20 см) находится в пределах 2,0–6,2 %, общего азота – 0,1–0,3 %, фосфора – 0,1–0,2 %, калия – 1,1–2,0 %. Реакция почвенного раствора нейтрально-слабощелочная, рН в пределах 7,1–8,5.
Горные субальпийские лугово-степные почвы на исследуемой территории каменистые, маломощные, с различным механическим составом и по данным лабораторных анализов характеризуются низким и средним плодородием. Содержание гумуса в верхнем слое почвы (0–20 см) находится в пределах 2,1–6,2 %, общего азота – 0,05–0,3 %, фосфора – 0,1–0,2 %, калия – 0,8–1,2 %. Реакция почвенного раствора нейтрально–слабощелочная, рН в пределах 7,3–8,6 [14].
Радиоактивность почвы обусловливается тем, что в почве присутствуют естественные и техногенные радиоактивные элементы. В природе как естественный радиоактивный элемент широко распространен калий (К), из тяжелых металлов: уран (U), полоний (Ро), радий (Ra), свинец (Рb) и др [10].
Нами изучена общая радиоактивность почв прилегающей территории хвостохранилища Туюк-Суу провинции Мин-Куш. Результаты исследований показали неравномерность распределения радиоактивных элементов. Анализы гамма-спектрометрического прибора и средние содержания в почвах естественных радионуклидов представлены в табл. 2.
Таблица 2
Содержание естественных радиоактивных элементов в почвах
|
Шифр проб |
Удельная активность, Бк/кг |
|||||||||
|
238 U |
± |
232Th |
± |
226Ra |
± |
40K |
± |
137Cs |
± |
|
|
№ 1 |
428,7 |
25,00 |
39,0 |
1,47 |
988,6 |
58,84 |
566 |
21,34 |
0,5 |
0,03 |
|
№ 2 |
147,3 |
8,59 |
33,7 |
1,35 |
370,5 |
22,94 |
638 |
23,75 |
2,8 |
0,17 |
|
№ 3 |
33,7 |
1,96 |
35,0 |
1,42 |
42,6 |
2,72 |
776 |
28,70 |
1,5 |
0,09 |
|
№ 4 |
51,2 |
2,98 |
33,9 |
1,44 |
96,6 |
6,02 |
701 |
26,01 |
3,3 |
0,19 |
|
№ 5 |
27,2 |
1,58 |
35,9 |
1,37 |
40,7 |
2,52 |
788 |
29,12 |
2,4 |
0,14 |
|
№ 6 (контрольная точка) |
31,6 |
1,84 |
24,1 |
1,02 |
63,6 |
3,89 |
536 |
19,93 |
0,8 |
0,04 |
|
№ 7 (контрольная точка) |
0,7 |
0,04 |
2,6 |
0,09 |
34,8 |
1,97 |
118 |
5,17 |
0,6 |
0,03 |
Максимальные содержания 238 U и 226Ra зафиксированы в двух пробах: № 1 – 238 U (428,7 Бк/кг), 226Ra (988,6 Бк/кг); № 2 – 238 U (147,3 Бк/кг), 226Ra (370,5 Бк/кг). Можно предположить, что важным фактором может стать минералогический состав почвы. Наибольшее содержание 40K отмечено почти во всех пробах, что интересно в порядке возрастания от пробы No1 до пробы No5 (566-638-776-701-788 Бк/кг). Высокое содержание 40K наблюдалось даже в 2-х контрольных точках: проба № 6 – 536 Бк/кг и проба № 7 – 118 Бк/кг. Содержание 232Th и 137Cs в исследуемых почвах оказалось в пределах допустимой нормы.
Минеральный состав почв, содержание гумуса, уровень кислотности почвы, химический состав радионуклидов комплексно влияют на вертикальное распределение естественных радионуклидов [15].
Распределение естественных радиоактивных элементов в исследуемых почвах в процентном соотношении указывает на максимальное содержание 226Ra и 238 U, особенно в пробе № 1 – 50 % и более. В контрольных точках естественные радиоактивные элементы минимальны (рисунок).
Распределение естественных радиоактивных элементов в почвах в процентном соотношении
Факторов, характеризующих миграцию радионуклидов в почвенных горизонтах, немало. Это зависит от состава почвы, физико-химических свойств, количества осадков, pH среды, расположения и особенностей движения грунтовых вод и др. [13].
Таким образом, хвостохранилище Туюк-Суу остается опасным источником загрязнения окружающей среды на территории провинции Мин-Куш.
Заключение
В данной работе определен радионуклидный состав почвы хвостохранилища Туюк-Суу провинции Мин-Куш. Естественные радионуклиды 238 U и 226Ra отмечены в двух первых пробах высокими. Наибольшее содержание 40K отмечено почти во всех пробах. Содержание 232Th и 137Cs в исследуемых почвах оказалось в пределах нормы. Предположительно, на миграцию естественных радионуклидов влияют: состав почвы и ее физико-химические свойства.
Из-за складирования радиоактиввных отходов на территории провинции Мин-Куш происходит деградация почвенного покрова. Все явления, происходящие вокруг хвостохранилища Туюк-Суу, уничтожают растительность, почва лишается естественных средств защиты от всех видов эрозий.