Экономический и экологический ущерб 8 page

Рис. 1.3.2. Ландшафтно-геохимические условия миграции радионуклидов зоны ЧАЭС

По таким факторам как рельеф, литология поверхностных отложений и растительный покров выполнена качественная оценка ландшафтов по предрасположенности к выносу веществ с поверхностным и подземным стоками. Принципиальная возможность этой оценки вытекает из тесной генетической связи между интенсивностью указанных процессов и структурой современных эрозионно-аккумулятивных ландшафтов. Последние можно расматривать как продукт деятельности первых. С учетом выраженности эрозионно-аккумулятивных элементов ландшафтов были выделены участки с относительно однородным сочетанием факторов-и параметров стока, зоны преобладания выноса, транзита и аккумуляции мигрирующих веществ, а также дана качественная оценка интенсивности этих процессов.
Потенциально наиболее интенсивный поверхностный сток и смыв при минимальных потерях на инфильтрацию дают безлесные участки Овручского кряжа и Чистогаловской конечноморенной гряды;
за ними, в порядке убывания, следуют безлесные участки моренно-водноледниковой равнины, залесенные участки конечноморенной гряды и выровненных надпойменных террас. Практически отсутствует при любых сценариях миграции сток с бугристых террас, сложенных мощными водопроницаемыми песками, как правило залесенных. Если пренебречь потерями на испарение, практически все выпадающие здесь атмосферные осадки уходят на инфильтрацию.
Транзит растворенного стока и взвесей в полесских ландшафтах осуществляется по лощинно-балочной сети. Смытый материал перемещается по эрозионной сети на более низкие гипсометрические Уровни, в зоны аккумуляции ("ловушки"). К последним относятся, помимо упоминавшихся бессточных западин, также привершинные водосборные понижения лощин и балок, пролювиально-делювиальные шлейфы, тыловые пониженные части надпойменных террас. Особые условия выноса, транзита и аккумуляции веществ образуются на речных поймах Полесья. Сюда поступают вода, растворенный и смытый материал с водосборов, а также происходит смыв с поверхности самой поймы, перераспределение и накопление смытого материала в староречьях и межгривных понижениях. Эти процессы тесно связаны с высотой поймы над урезом реки и повторяемостью паводков. Наиболее интенсивной промывке во время даже невысоких паводков и полововодий подвергаются самые низкие песчаные поймы - пляжи. В то же время на высоких и на очень высоких поймах, выходящих из-под уровня затопления, смыв и вынос радионуклидов происходит во время паводков 10- 70% и 1-5% обеспеченности.
Наложение данных по радиационному загрязнению на карту щенки ландшафтов по предрасположенности к выносу веществ с поверхностным стоком позволило провести оценку опасности вовлечения основных дозообразующих радионуклидов в потоки водной миграции.
Получены следующие выводы:
1. Зона аварии на ЧАЭС по сочетанию ландшафтных факторов.тока относится к территориям с абсолютным преобладанием инфильтрации над поверхностным стоком. В зоне отселения с развитием активных процессов восстановления естественного почвенно-растительного покрова можно прогнозировать дальнейшее усиление юли инфильтрационной составляющей стока в водной миграции радионуклидов.
2. На вне пойменных водосборах, которые по сочетанию ландшафтных факторов характеризуются минимальной предрасположенностью к поверхностному стоку, сосредоточено свыше 50 %¹³⁷Cs и до 40 % -⁹⁰Sr, выпавших на почву в зоне отселения ЧАЭС.
3. Поймы р. Припять и ее притоков являются потенциально одним 13 наиболее опасных источников водного выноса радионуклидов. Это;вязано с наличием на поймах свыше 43 % ¹³⁷Cs и около 47% ⁹⁰Sr, выпавших на почву в зоне отселения. Высокая степень защищенности пойменных ландшафтов сорбционными и глеевыми ландшафтно-геохимическими барьерами при значительных запасах биомассы (до 27 7га) будет препятствовать развитию процессов вертикальной миграции тех радионуклидов, которые предрасположены к сорбции на минеральной и органической частях почвы. Прямой смыв радионуклидов с поймы может -стать реальным источником их поступления в р. Припять и Киевское водохранилище не только во время экстремально высоких паводков 1 - 5 % обеспеченности (на очень высокой пойме находится не более 8,5 %⁹⁰Sr и 15 %¹³⁷Cs), но и при рядовых паводках 40 - 70 % обеспеченности. Это подтвердилось во время паводков зимой 1992 г. и летом 1993 г.
Миграционная способность радионуклидов в ландшафте определяется условиями не только формирования несущего потока, но и вовлечения мигрирующих веществ в несущий поток. Среди них такие факторы как кислотно-щелочные условия и поглотительная способность почвы, включая содержание гумуса, а также ландшафтно-геохимические барьеры. Миграции водно-растворимых радионуклидов в зоне отселения и на прилегающих территориях Полесья способствует преобладающая кислая реакция дерново-подзолистых и дерновых песчаных, а также торфяно-болотных почв. По данным обследований Госагропрома Украины, кислотность почв аварийной зоны характеризуется показателями рН водного раствора в интервале 3,5 - 6,0.
Наиболее кислыми являются торфяно-болотные почвы на переходных торфах, распространенные в заболоченных понижениях на водноледниковых равнинах и надпойменных террасах Житомирского и Волынского Полесья и образующие в этих регионах большую часть мелиорированных сельскохозяйственных земель, а также дерново-подзолистые песчаные почвы сухих надпойменных террас. Наименее кислыми, близкими к нейтральным являются пойменные дерновые суглинистые почвы. Наибольшее распространение получили почвы с рН 4,0 - 4,9, характерные для моренно-зандровых равнин и сырых надпойменных террас.
Важным показателем, характеризующим способность почвы удерживать радионуклиды, является сумма поглощенных оснований (1 мг/экв на 100 г почвы). Этот показатель в интегрированном виде характеризует удерживающую способность почвы, определяемую свойствами ее органического и минерального компонентов.
Анализ агрохимических данных показал, что значения суммы поглощенных оснований почв аварийной зоны варьируют от 0,2 - 2,0 мРі/экв для сухих, бедных органическими веществом и физической глиной дерново-подзолистых песчаных почв фронтальной части первой надпойменной террасы, до 32,0 мг/экв и более для торфяно-болотных почв на мощных низинных торфах тыловых частей пойм и надпойменных террас Киевского Полесья, серых лесных легкосуглинистых почв на лессовидных суглинках Овручского кряжа и эрозионно-денудационных равнин и надпойменных террас северной части Приднепровской возвышенности. Наиболее типичные для аварийной зоны дерново-подзолистые пылевато-песчаные почвы моренно-зандровых равнин характеризуются показателями 3,5 - 10,0 мг/экв.
Для оценки возможного "расползания" пятен радионуклидного загрязнения и определения риска проникновения радионуклидов в грунтовые воды важное значение имеет защищенность территории ландшафтно-геохимическими барьерами. Анализ показал неравномерное распределение ландшафтно-геохимических барьеров по территории исследований и неодинаковую защищенность ими различных ландшафтов. Для ландшафтов моренно-водноледниковых равнин, которые дают основной вклад в вынос веществ как с поверхностным стоком, так и с подземным, характерно распространение глеевых и сорбционных барьеров на моренных суглинках. Радиоэкологическая емкость этих ландшафтов повышается с распространением заболоченных бессточных и полубессточных западин, образующих высокоемкие комплексные барьеры.
Широко развиты сочетания механических, сорбционных, глеевых и биохимических барьеров и на пойме р.Припять. Мощные слоистые высокогумусные оглееные почвы, обильная луговая и лугово-болотная растительность, множество замкнутых межгривных понижений и старичных озер, обширные притеррасные болота - все это обусловливает высокую удерживающую способность пойменных ландшафтов.
Ландшафты Шепеличской и Гденьской надпойменных террас р. Припять очень неравномерно обеспечены ландшафтно-геохимическими барьерами. Здесь резко распределяются условия тыловых заболоченных частей террас и заболоченных пойм малых рек и ручьев, прорезающих террасы, на которых развиты комплексные высокоемкие барьеры, и условия фронтальных частей террас, сложенных хорошо дренированными песками большой мощности. В толще этих песков имеются только слабовыраженные и неповсеместно встречающиеся прослои оглиненных песков, которые образуют малоемкие сорбционные барьеры на глубине 1 - 1,5 м. Глеевые барьеры залегают здесь на глубине 3 - 5 м. Несомненная слабая защищенность сухих участков надпойменных террас ландшафтно-геохимическими барьерами вызывает тревогу, так как сочетается с высокой водопроницаемостью песков в условиях очень высокой плотности радиоактивных выпадений. Именно на этих участках складываются наиболее благоприятные условия для вертикальной миграции радионуклидов, не контролируемой ландшафтно-геохимическими барьерами.
Таким образом, зона аварии на ЧАЭС в ландшафтном и ландшафтно-геохимическом отношениях относится к территориям с очень неоднородным сочетанием факторов миграции радионуклидов. Полесские ландшафты зоны отселения и прилегающих к ней территорий, включая в себя и достаточно удаленные районы западного "следа" радионуклидного загрязнения северной части Житомирской и Ривненской областей и южного "следа" до Киева, отличаются преобладанием инфильтрации над поверхностным стоком и прямым смывом при доминировании кислых и кислых глеевых геохимических обстановок и слабой защищенностью ландшафтно-геохимическими барьерами.
Кислая реакция почвенных растворов, невысокое содержание гумуса в почвах, в сочетании с ясно выраженной предрасположенностью к преобладанию инфильтрации атмосферных осадков над поверхностным стоком, обусловливают сравнительно высокую подвижность радионуклидов в системе "почва - растение" и повышенный риск их миграции в подземные воды. В то же время, по сочетанию ландшафтных факторов, сравнительно невысока вероятность поступления радионуклидов в водоемы путем прямого смыва.
В перспективе в полесских ландшафтах следует ожидать медленного заглубления радионуклидов по почвенному профилю в сочетании с перераспределением радионуклидного загрязнения путем постепенного выноса за пределы приподнятых, в первую очередь распаханных участков, моренно-водноледниковой равнины и накопления в западинах, привершинных водосборных понижениях, тыловых подсклоновых частях пойм и надпойменных террас и в других выделенных зонах аккумуляции.
Для районов распространения дальних пятен южного "следа" к югу от Киева, а также Овручского кряжа характерно иное сочетание ландшафтно-геохимических условий, характерное для лессовых эрозионно-денудационных ландшафтов. Господство нейтральных и слабощелочных геохимических обстановок способствует более медленному переходу радионуклидов в подвижные формы.
В сочетании с высоким содержанием гумуса в верхних почвенных горизонтах, отличающихся большой мощностью, и преобладанием суглинистых почв на лессовидных суглинках с более высоким, чем в толесских дерново-подзолистых песчаных почвах, содержанием глинистых минералов, это обусловливает очень высокую степень защищенности лесостепных ландшафтов ландшафтно-геохимическими барьерами от вертикальной миграции радионуклидов.
В то же время следует ожидать более интенсивного, чем в Полесье, выноса радионуклидов с поверхностным стоком путем их прямого смыва в водоемы и аккумуляции на шлейфах, в привершинных водосборных понижениях, на днищах эрозионных форм и в западинах.
3.1.2. Геолого-гидрогеологические особенности
Геологическое строение части территории Украины, наиболее загрязненной радиоактивными выпадениями чернобыльской аварии (загрязнение выше 1 - 2 10 Бк/м²в пределах ее западного, южного и северо-восточного "следов" в Киевской, Житомирской, Ривненской, Волынской и Черниговской областях), весьма разнообразно и сложно. Упомянутая территория расположена в пределах следующих геологических структур: юго-западный борт Днепровско-Донецкой и южная часть Припятской впадин, северное окончание северо-западной части Украинского щита, северная часть Волыно-Подольской плиты.
В пределах Украинского щита осадочные отложения (пески, супеси, суглинки, глины) маломощны (обычно 10 - 40 м) и представлены четвертичным покровом, а также пятнами неогеновых, палеогеновых и верхнемеловых отложений. Под этими образованьями залегают трещиноватые кристаллические породы щита (граниты, гнейсы, основные породы), перекрытые корой выветривания мощностью в основном до 10 - 15 м.
Западнее, севернее и восточное упомянутой структуры происходит опускание пород фундамента и перекрытие его разновозрастными образованиями осадочного комплекса. В северной части Волыно-Подольской плиты осадочный чехол представлен (снизу вверх) песчаниками рифея (полесская серия), базальтами, туфами, аргиллитами и песчаниками венца, песчаниками кембрия, известняками ордовика и силура, песчаниками, писчим мелом и мелоподобным мергелем верхнего мела, песками палеогена, песками, суглинками, супесями и галечниками четвертичного комплекса.
На севере (Припятская впадина) под четвертичными, палеогеновыми и верхнемеловыми отложениями аналогичного состава, залегают юрские известняки, песчаники и глины, а также мощная толща каменноугольных отложений, представленных аргиллитами, песчаниками, известняками, каменной солью. На склоне Днепровско-Донецкой впадины под отложениями аналогичного состава четвертичного, палеогенового, мелового и юрского возраста залегают триасовые и пермские образования терригенно-карбонатного состава. Породы фундамента неравномерно, в виде отдельных блоков, ограниченных разломами, погружаются в северо-восточном направлении. В районе Житомира - Фастова фундамент находится у поверхности, возле Киева глубина фундамента достигает 400 м, а вблизи Чернигова - 2 - 3 тыс. м.
Несмотря на перекрытие значительной части характеризуемой территории осадочными рыхлыми породами и слабосцементированными отложениями, многочисленные разломы и тектонические трещины отчетливо фиксируются по результатам дешифрирования аэрофотоснимков и газовой съемки, отражая их современную активность в ландшафте. Эти данные имеют важное значение при оценке степени закрытости недр.
Ключевую роль в миграции радиоактивных (и других) загрязнителей в геологической среде играют подземные воды. Они образуют в недрах водоносные горизонты, приуроченные к хорошо проницаемым отложениям, и поровые растворы в зоне аэрации и в слабопроницаемых образованиях.
Основные водоносные горизонты приурочены к зоне интенсивного водообмена, которая представляет собой интерес для практического использования и активно участвует в водообмене с поверхностной гидросферой. Эти горизонты приурочены к отложениям четвертичного (грунтовые воды), неогенового, палеогенового, мелового, юрского, триаспермского, каменноугольного, ордовик-силурийского, кембрийского, вендского, рифейского и архей-протерозойского возрастов.
Мощность зоны интенсивного водообмена изменяется от 100 ~ 200 м на Украинском щите до 1000 и более метров в пределах Волыно-Подольской плиты. Для зоны интенсивного водообмена, независимо от наличия либо отсутствия в разрезе глинистых и других слабопроницаемых толщ, характерны приуроченность зон максимальных напоров, обеспечивающих нисходящее инфильтрационное питание, к водораздельным пространствам. Относительно минимальные напоры и восходящее движение подземных вод вплоть до разгрузки в речную сеть характерно для долин рек. Таким образом вертикальная и латеральная (по пластам) фильтрация подземных вод этажно залегающих водоносных горизонтов контролируется геоморфологическими условиями территории. В частности, на рассматриваемой территории все основные долины рек являются областями разгрузки всех водоносных горизонтов, приуроченных к зоне интенсивного водообмена. Основные водораздельные пространства являются областями создания местных максимальных напоров и основного питания системы горизонтов.
Упомянутая гидродинамическая схема отражает естественные ненарушенные условия. В условиях эксплуатации подземных вод пьезометрические поверхности изменяются, образуя депрессионные воронки, деформируя и увеличивая перепады напоров, обусловливая существенное возрастание перетекания из смежных горизонтов и поверхностных вод в эксплуатируемый горизонт. В результате неизбежно усиливается нисходящая миграция загрязнений в нарушенную геосистему.
Такая ситуация прослеживается прежде всего в районе Киева, где радиус депрессионных воронок по разным горизонтам изменяется от 10 - 15 до 50 - 70 км. Аналогичная ситуация, но в значительно меньших размерах, фиксируется на всех водозаборах на территории, загрязненной чернобыльской аварией.
Обводненность пород обусловлена их коэффициентами фильтрации (Кф), либо водопроводимости (произведение Кф на мощность водоносных отложений - Кm). Разброс их значений определяется пористостью гранулярных коллекторов, либо трещиноватостью скальных пород. В пределах рассматриваемой территории значения Кm водоносных пород изменяются от n до nЧ10³м²/сут при преобладающих значениях от 20 - 40 до 200 - 400 м²сут.
Важное значение имеют климатические условия и, прежде всего, количество и характер распределения атмосферных осадков. При среднегодовых количествах осадков 500 - 700 мм в год по разным оценкам и по разным территориям на инфильтрационное питание подземных вод уходит от 40 - 60 до 200 - 300 мм осадков. Поскольку фильтрующиеся через почву и зону аэрации атмосферные осадки являются поставщиком загрязнителей и, в частности, радионуклидов в подземные воды, количественная оценка интенсивности питания подземных вод имеет исключительно важное значение.
Активность миграции загрязнителей зависит также от сорбционных свойств почв, пород зон аэрации и насыщения.
Сорбционные свойства пород по отношению к ⁹⁰Sr определяются следующим приближенным соотношением пород, расположенных в порядке убывания данных свойств: чернозем - бентонит - каолинит - глинистый суглинок - супеси - пески - трещиноватые породы (гранит, базальт, известняк, песчаник).
По отношению к¹³⁷Cs сорбционные свойства пород уменьшаются следующим образом: глинистые породы (каолинит, монтморилонит, бентонит) - почвы (чернозем, перегной, краснозем и др.) - пески - трещиноватые породы (без эпигенетических, в основном гидротермальных и гидрогенных минералов в трещинах).
На сорбционные свойства пород влияют гидрохимические особенности подземных вод и поровых растворов. В частности, большое значение имеет концентрация основных катионов в воде (Са⁺⁺, Mg⁺⁺, Na⁺, К⁺), а также нерадиоактивных стронция, цезия, конкурирующих с наиболее распространенными радионуклидами⁹⁰Sr и¹³⁷Cs. Установлено, что чем выше концентрация кальция или суммы Са⁺⁺Na⁺Mg⁺⁺К⁺в воде, тем выше миграционная способность радионуклидов. Исходя из соотношения концентраций основных катионов в подземных водах, можно утверждать, чти, при прочих равных условиях, сорбционные свойства водовмещающих пород, эоценового и, тем более, верхнемелового водоносных горизонтов ниже, чем четвертичного.
Большое влияние на миграционные свойства радионуклидов оказывают также рН, Eh, наличие органических соединений, образующих органоминеральные комплексы, вхождение радиоактивных элементов в коллоиды. Поэтому распространение торфяников, болот, органических остатков в виде отдельных включений, линз и прослоев, глинистых отложений, промытых песчаных дюн, залегающих на более древних песчаных толщах и т.п., способствует мозаичному изменению условий миграции по химическим (сорбционным) и фильтрационным показателям геологической среды. Диапазон этих изменений весьма велик. Для Полесья установлено, что повышение интенсивности инфильтрационного питания, изменение сорбционных свойств пород связано на макроуровне также с ландшафтной зональностью, а на микроуровне также с образованием западин и линейных понижений, Контролируемых тектоническими напряжениями.
Резюмируя изложенное выше, отмечаем
Полесский регион Украины в целом характеризуется наиболее высоким риском загрязнения подземных вод;
в пределах этого региона наблюдается мозаичный характер и значительный диапазон изменений условий миграции радионуклидов в этажную систему водоносных горизонтов;
интенсивность миграции существенно возрастает на участках эксплуатации подземных вод.

3.2. Радиоэкологическая ситуация на загрязненных территориях в доаварийный период
Радиационному воздействию человечество подвергалось на всех этапах своего развития и эволюции. Это обусловлено наличием в биосфере как природных, так и техногенных (т.е. связанных с деятельностью человека) источников облучения. В табл. 1.3.1 Представлены основные источники облучения человека в настоящий период и обусловленные ими эффективные эквивалентные дозы.
Таблица I.3.1
Основные источники облучения населения и обусловленные ими эффективные эквивалентные дозы, мкЗв/г (мбэр/г) [11]

* Данные представлены по аналогии со среднемировыми
Изначально радиационная картина любой территории определялась двумя основными параметрами: космическим излучением и природной радиоактивностью горных пород и почвы. В свое время эти параметры были довольно стабильны в пределах конкретных регионов, характеризующихся их географическим расположением и геологией. Некоторые изменения могли вызываться природными катаклизмами: землетрясениями, вулканической деятельностью, земных вод (геотермическими источниками).
В основном, радиационный фон вне помещений формируют радионуклиды земного происхождения⁴⁰К и радиоизотопы радиоактивных рядов распада ²³⁸U и ²³²Th, которые обусловливают 35, 25 и 40 % мощности дозы гамма-излучения соответственно. В табл. 1.3.2 приведены концентрации ⁴⁰К, ²³⁸U и ²³²Th в почвах и соответствующие им мощности поглощенной дозы в воздухе на высоте 1 м над поверхностью Земли [7].
Радиационный фон земной поверхности в значительной мере определяется радиоактивностью выходящих на нее горных пород. В породах вулканического происхождения содержание радиоактивных веществ выше, чем в осадочных породах. Однако, активность некоторых осадочных пород, особенно сланцев и фосфоритов, бывает более высокой. В табл. 1.3.3 приведены удельные активности естественных радионуклидов в породах, почве и земной коре [11].
Территория Украины расположена в пределах двух крупных тектонических структур - Восточно-Европейской платформы и Альпийской геосинклинальной области. Платформенный участок территории состоит в нижней части из кристаллических горных пород (граниты, базальты, кристаллические сланцы и др.), а в верхней - из слоев осадочных пород (пески, глины, известняки) незначительной толщины. В строении участка территории Альпийской геосинклинальной области преобладают осадочные горные породы (толщины слоев достигают 15 тыс. м и более), а кристаллический фундамент погружен на значительные глубины. Этот участок характеризуется чередованием глубоких прогибов и поднятий земной коры, интенсивными складчатыми и разрывными нарушениями, проявлениями сейсмических и вулканических процессов и др.
Сложное геологическое строение территории Украины обусловливает существенные различия в уровнях природного радиационного фона. Так, его значения колеблются в довольно широких пределах: от 4-6 мкР/ч в некоторых районах Украинского Полесья до 15 - 17 мкР/ч в районах выхода на поверхность массивов кристаллических пород Украинского щита (Житомирская и Кировоградская области, бассейны Днепра и Южного Буга и др.).
Существенные изменения радиоэкологических параметров начались в результате разработки урановых месторождений, развития объектов энергетики (тепловых и атомных электростанций) и интенсивных испытаний ядерного оружия.
Разработка урановых месторождений в районах Кировограда и Желтых Вод привела к незначительному увеличению радиационного фона за счет извлечения на поверхность обагащенных ураном горных пород, и, в большей мере, за счет использования так называемых пустых пород в дорожном и жилищном строительстве. Последнее привело к существенному повышению концентрации радона в жилых и производственных помещениях и, соответственно, увеличению дозовых нагрузок населения.
Интенсивное поступление искусственных радионуклидов в биосферу началось в 50-х годах, в результате массовых испытаний американского и советского ядерного оружия на земле и в атмосфере.
Таблица 1.3.2
Средняя концентрация ⁴⁰К, ²³⁸U и ²³²Th в почвах и мощность поглощенной дозы в воздухе на высоте 1 м от поверхности земли