Задание 6.3. Изучение вертикального распределения

Цезия-137 в почве

Искусственные радионуклиды поступают из атмосферы в почву с атмосферными выпадениями и под действием гравитационных сил в составе аэрозолей и частиц в растворимом и нерастворимом состоя­нии. В почве радионуклиды включаются в два основных процесса – взаимодействие с почвенно-поглощающим комплексом и вертикальная миграция по профилю почвы. Их поведение в почве обусловлено следующими взаимообрати­мыми процессами: сорбция↔десорбция, осаждение↔растворение, коагуляция↔пептизация. Среди этих процессов наибольшее влияние на поведение радионуклидов в почве оказывает сорбция. При мигра­ции радионуклидов сорбция имеет двоякое значение. Во-первых, за­крепление радионуклидов в корнеобитаемом слое почвы способствует длительному поступлению их в растения. Во-вторых, поглощение ра­дионуклидов твердой фракции почвы снижает их доступность для рас­тений и интенсивность их миграции вниз по профилю почвы.

Вертикальная миграция – это совокупность процессов, вызываю­щих перераспределения радионуклидов вглубь по профилю почвы. Перемещение радионуклидов вниз по профилю почвы изменяет их распре­деление в корнеобитаемом слое, приводит к снижению мощности дозы гамма-излучения над поверхностью почвы и к уменьшению интен­сивности выдувания ветром и вымывания водой, а также может создавать возможность загрязнения грунтовых вод. Ин­тенсивность миграции зависит от многих факторов, среди которых наиболее значимы свойства почвы и геологические условия, физико-химические свойства радионуклидов, вид биоценоза и интенсивность его обновления.

Вертикальная миграция радионуклидов осуществляется при следую­щих процессах: механический перенос на частицах почвы, диффузия свободных и адсорбированных ионов, конвективный перенос с током воды, перенос на коллоидных частицах почвы, перенос по корневым системам растений. Эти процессы неравнозначны, среди них наиболее значимы конвекция и диффузия. Конвекция – это перенос радионуклидов с вос­ходящими и нисходящими потоками жидкости или пара. Конвекция приводит к перемещению и увеличению концентрации радионуклидов в нижележащих слоях по профилю почвы. Диффузия – самопроиз­вольное выравнивание концентрации радионуклидов при соприкосно­вении их с частицами почвы. Диффузия приводит к расширению зоны распределения радионуклидов при одновременном уменьшении мак­симальной концентрации в местах скопления радионуклидов. Конвек­ция и диффузия тесно связаны с сорбцией радионуклидов. Известно, что чем прочнее сорбция, тем слабее эти процессы. Конвекция и диф­фузия характерны для водорастворимой и частично для обменной форм нахождения радионуклидов в почве. Механический перенос происходит с током воды и пыли по трещинам и разломам почвы, а также в результате деятельности человека при обработке почвы и в результате роющей деятельности почвенной фауны. Механический перенос характерен для всех форм радионуклидов. С коллоидными частицами переносятся все формы радионуклидов, включая необмен­ную и фиксированную.

Установлено, что в почвах одного типа разные радионуклиды имеют разную интенсивность миграции и соответственно разные ко­эффициенты миграции. Коэффициент миграции цезия-137 на 1-2 по­рядка ниже, чем стронция-90. Разли­чие в интенсивности миграции этих двух радионуклидов объясняется различными формами нахождения их в почве. На дерново-подзолистой почве коэффи­циент миграции цезия-137 составляет 5,4·10^-10– 5,8·10^-8 см²/сек. Миграция радионуклидов по профилю почвы происходит очень медленно.

Наиболее интенсивно миграция радионуклидов происходит на дерново- глеевых, дерново-торфянисто-глеевых и торфяно-болотных почвах, которые характеризуются высокой влажностью, низким содержанием глинистых минералов, высокой кислотностью почвенного раствора и высоким содержанием органического вещества. Высокая интенсив­ность миграции радионуклидов характерна также для почв легкого гранулометрического состава, т.е. песчаных и супесчаных почв и осушенных торфяников.

Для исследования процесса вертикальной миграции радионукли­дов необходимо отбирать тонкие слои почвы. Для этого используют специальное приспособление – пробоотборник. Оно представляет собой трехсторонний лоток, срезанный с двух сторон. Приспособление изготовлено из единой стальной полосы тол­щиной 0,5 см, которая изогнута в двух местах под прямым углом так, что образуется прямоугольный лоток сечением 150 см². Продольные края отогнутых стенок заточены. На обеих стенках лотка, имеющих заостренные кромки, сделаны параллельные прорези – десять проре­зей, начиная от верхнего среза, с шагом в 1 см, одна через 2 см, одна через 3 см и две с шагом 5 см. Общая длина лотка – 25 см. (допустимы другие размеры данного приспособления).

Процедура отбора проб почвы с помощью описанного пробоотбор­ника следующая: стенка почвенного разреза или прикопки выравнива­ется перпендикулярно к поверхности почвы (проверка отвесом), зачи­щается острой лопатой. Пробоотборник прикладывается к вертикаль­ной стенке разреза так, чтобы его верхний срез совпадал с поверхно­стью почвы, а режущие кромки плотно крепились к стенке разреза. Пробоотборник вдавливают в почву до прикосновения внутренней стенки пробоотборника к вертикальной плоскости почвенного разреза. Отбор проб почвы начинают с более чистых слоев с нужной глубины. Для этого на вертикальной стенке почвенного разреза ниже установ­ленного пробоотборника линейкой делают разметку по 5 или 10 см до требуемой глубины. С помощью широкого ножа и острой лопаты де­лается аккуратный подрез под нижней отметкой и подкоп, который больше, чем сечение пробоотборника. В подкоп подставляется ковш, в который с помощью острых ножа и лопатки размером 10´15 см отбирают пробы почвы толщиной 5 или 10 см и площадью 150 см² до нижнего края установленного пробоотборника. Затем пробоотборник извлекают из стены почвенного разреза и, используя имеющиеся прорези, почву режут на слои соответствующего размера и отбирают пробы, начиная со слоев 5 см.

Упаковка пробпроизводится в два полиэтиленовых пакета. На каждую пробу заполня­етсяпаспорт по следующей форме: число, месяц, год, область, район, населенный пункт, номер репера, глубина отбора пробы (см), мощность дозы (мЗв/час) на высоте 1 м, мощность дозы (мЗв/час) на высоте 0,1, организация, ФИО проводившего отбор. Пас­порт пробы помещается в упаковке между пакетами в развернутом виде лицевой сторо­ной вверх.

Для определения содержания цезия-137 в образцах почвы их вы­сушивают, удаляют различные примеси, просеивают через сито.

Цель работы: изучить распределения цезия-137 и калия-40 по верти­кальному профилю почвы естественного лугового фитоценоза.

Материалы и оборудование: гамма-радиометр РКГ-AT1320 (РКГ-01), пробы почвы, отобранные через 1 см на естественном луговом фитоценозе, весы лабораторные.

Выполнение работы

1. Подготовьте гамма-радиометр к работе.

2. Определите содержание цезия-137 и калия-40 в пробах почвы. Результаты занесите в отчет по работе (табл. 6.2).

Таблица 6.2. Вертикальная миграция цезия-137 и калия-40 в естественном