Радиологическая обстановка в агропромышленном комплексе в зоне Уральского радиоактивного следа

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Радиологическая обстановка в агропромышленном комплексе в зоне Уральского радиоактивного следа

Природная среда, включая население, систематически подвергается воздействию естественных источников радиации, обусловленных излучением радионуклидов горных пород и почв, распределением в биосфере земли и космическими излучениями. Естественный радиационный фон является постоянно действующим, при котором миллионы лет существовало все живое на Земле и значение которого представляет фундаментальную константу высокоразвитой биосферы /1/.

Во второй половине XX века, в связи с интенсивным воздействием промышленного производства на объекты природной среды, негативные последствия их загрязнения уже проявляются не только на региональном, но и на глобальном уровнях. В процессе техногенеза увеличивается в биосфере содержание долгоживущих радионуклидов, что приводит к изменению радиационного фона. Загрязняющие вещества легко вовлекаются в экосистемные миграционные циклы, накапливаясь в почве, растениях и сельскохозяйственной продукции /2/.

Наиболее активно подвергаются загрязнению аккумулятивные горизонты почв сельскохозяйственных территорий. Установлено, что взаимодействие техногенного вещества с органоминеральной массой почвы ведет к изменению количества и качества гумуса, реакции среды и состава обменных катионов /3/. Загрязненный токсинами почвенный покров не способен полноценно выполнять свои экологические функции и, прежде всего, общие биосферные и сельскохозяйственные, что создает угрозу экологической и продовольственной безопасности человечества /4/.

По данным радиологического мониторинга, радиационная обстановка на сельхозугодьях России характеризуется содержанием ⁹⁰Sr от 5,2 до 9,8 Бк/кг и ¹³⁷Cs от 2,0 до 13,8 Бк/кг, что соответствует плотности загрязнения по стронцию-90 0,04 Ku/км², а по цезию-137 - 0,11 Ku/км². Мощность экспозиционной дозы гамма-излучения на уровне одного метра над поверхностью почвы колеблется в пределах 4-35 мкР/час. Минимальное значение дозы выявлено во Владимирской области, а максимальное - в Рязанской. Увеличение гамма фона до 29 мкР/час и выше свидетельствует о загрязнении почв радионуклидами. Среднее содержание ⁹⁰Sr в почвах реперных участков субъектов РФ колеблется в пределах от 1,0 до 39,8 Бк/кг, что составляет в среднем по России 5,2 Бк/кг. На территории, обслуживаемой 17 центрами и станциями агрохимической службы, обнаружены участки, в почвах которых содержание стронция-90 значительно выше среднего. Это Карельский, Ивановская, Костромская, Удмуртский, Томская, Приморский, Подвязьевская (Рязанская обл.), Мордовская, Оренбургский, Томская, Свердловский, Алтайский, Ставропольский, Волгоградский /5/.

Глобальное загрязнение окружающей среды техногенными радионуклидами было обусловлено проводившимися в 1954-1980 гг. прошлого столетия испытаниями ядерного оружия в атмосфере и на полигонах разных стран, обладавших ядерным оружием. Прекращение испытаний в атмосфере способствовало тому, что в настоящее время из большого числа продуктов ядерного деления и нейтральной активации, поступивших в окружающую среду, остаются три радиологически значимых радионуклида: ¹³⁷Cs (цезий, с распадом 30,17 лет), ⁹⁰Sr (стронций - 28,6 лет) и ³H (тритий - 12 лет).

На территории РФ радиоактивные загрязнения имели место в районах размещения радиохимических производств, вследствие сбросов в окружающую среду или захоронения неочищенных радиоактивных отходов в результате технических нарушений и аварий на объектах ядерной энергетики. Источниками локального радиоактивного загрязнения окружающей среды продолжают оставаться некоторые предприятия ядерно-топливного цикла, такие, как Сибирский химический комбинат в Томской области, Горно-химический комбинат в Красноярском крае, «ПО Маяк» в Челябинской области и некоторые другие /6/.

Радиологическая обстановка в АПК в зоне Уральского радиоактивного следа (ВУРС). В зоне деятельности радиохимического комбината «ПО Маяк» возникла сложная радиологическая обстановка в результате систематического сброса в 1949-1956 гг. жидких отходов в реку Теча. Во время паводка в 1951 г. произошло радиоактивное загрязнение поймы этой реки (более 400 км²), которая служила основным источником водоснабжения населения.

В сентябре 1957 г. в результате технической неисправности в хранилище высокоактивных жидких отходов произошла авария, вследствие чего в атмосферу было выброшено около 2 млн. Ku (250 м³) смеси осколочных радиоактивных изотопов на высоту 2 км. Метеорологические условия в момент аварии способствовали передвижению образовавшегося радиоактивного облака и в течение 4-х часов под радиоактивным следом оказалась территория общей площадью 23000 км².

Радиоактивному загрязнению подверглись значительные площади пахотных земель, пастбищ и других сельхозугодий, 217 населенных пунктов, где проживали 270 тыс. человек.

В районе «ПО Маяк» уровни загрязнения сельскохозяйственной продукции на 20-е сутки после аварии достигали: в зерне - 4,5 · 10⁶ Бк/кг, траве - 7,4 · 10⁵ Бк/кг, молоке - 9,6 · 10⁴ и в мясе - 5,9 · 10⁴ Бк/кг. Радиоактивный состав загрязнения продуктов питания и воды был близок к составу выпавшей смеси.

Разумеется, уровни радиоактивного загрязнения были неравномерны. Площадь территории с наиболее высокой плотностью загрязнения почвы ⁹⁰Sr (более 200 Ku/км²) составляла менее 1% территории следа, а загрязнение на уровне 0,1-1 Ku/км² - 91%.

В 1958 г. из хозяйственного использования было выведено 59 тыс. га земель в Челябинской области и 47 тыс. га - в Свердловской. Возвращение земель в хозяйственное использование было завершено к 1978 г. и к 1961 г., соответственно. Всего возвращено к использованию около 40 тыс. га, а на 19 тыс. га, включая головную часть ВУРС, был организован заповедник.

На наиболее загрязненной части следа была организована санитарно-защитная зона с особым режимом, которая служила уникальным полигоном для радиологических исследований.

В течение первого вегетационного периода после радиационных выпадений происходит, в основном, некорневое загрязнение участков посредством оседания радионуклидов на наземной части растений.

Со второго вегетационного периода растения начинают корневое усвоение радионуклидов из почвы. Этот период очень продолжительной и может длиться десятки лет, что связано с долгой живучестью радионуклидов цезия и стронция.

В первых рекомендациях по ведению сельского хозяйства на территории ВУРС предлагалось, в целях уменьшения удельной активности поверхностного слоя почвы, проводить глубокую вспашку загрязненных угодий, ограничить использование навоза, заменяя его минеральными удобрениями. Была рекомендована специализация хозяйств в зависимости от степени загрязнения. В зоне интенсивного загрязнения рекомендовалось размещать посевы зерновых культур и сеяных трав, преимущественно для целей семеноводства, т.е. получать продукцию, не идущую в пищу людям и на корм скоту. Картофель и овощи можно выращивать только на чистых землях.

Однако уже двухлетний опыт показал, что, несмотря на обоснованность, с радиационной точки зрения, рекомендации оказались не только неэффективными, но и, практически, невыполнимыми, так как они не могли быть осуществлены в условиях конкретных, преимущественно мелких и экономически слабых колхозов, не говоря об индивидуальных хозяйствах.

Для выполнения рекомендаций хозяйство должно было иметь достаточное количество чистых угодий для производства доброкачественной продукции, а также такое количество загрязненных земель, чтобы получаемую с них продукцию полностью реализовать внутри хозяйства.

С учетом этих требований в районе ВУРС были созданы семь совхозов, включавших в себя 7-10 ранее существующих хозяйств. Количество земель в каждом совхозе возросло до 50000 га. Укрупнение сельскохозяйственных предприятий дало положительные результаты (табл. 1).

почва радиационный экологический сельскохозяйственный

Таблица 1. Производство и реализация зерна в четырех совхозах в зоне радиационного следа (в среднем за 5 лет)

Как видно из таблицы, каждый совхоз имел возможность до 43% посевных площадей размещать в санитарно-защитной зоне и, таким образом, осуществлять принцип дифференцированного использования загрязненной ⁹⁰Sr территории. Зерно, собранное с этих площадей, не идет на продовольственные цели, а реализуется внутри хозяйства на семена и корм скоту.

Анализ материалов по загрязненной ⁹⁰Sr продукции животноводства позволил установить, что наиболее рационально и безопасно использовать загрязненные этим изотопом пастбища для откорма крупного рогатого скота. Молоко, полученное на территории с радиоактивным загрязнением свыше 4 Ku/км², не пригодно для употребления. Опыт откорма молодняка крупного рогатого скота на загрязненных ⁹⁰Sr пастбищах (до 50 Ku/км²) показал, что после непродолжительного кормления животных чистыми кормами мясо становится пригодным для реализации.

Следует подчеркнуть, что специализация хозяйств, выгодная с радиационно-гигиенической точки зрения для городского населения, не оказывает положительного влияния на рацион местного населения, т.к. оно производит продукцию, отвечающую местным привычкам питания. Мероприятия, связанные с ограничениями индивидуальных хозяйств, практически неосуществимы /7/.

Второй радиационный инцидент на Южном Урале произошел весной 1967 г. в результате ветрового подъема содержащих радионуклиды пылеватых частиц с береговой полосы усыхающего озера Карачай, в которое ранее сливались жидкие радиоактивные отходы «ПО Маяк». Всего было унесено ветром около 600 Ku радиоактивных веществ, в том числе долгоживущих - ¹³⁷Cs (12,2%) и ⁹⁰Sr (11,6%), и рассеяно на площади около 2700 км², с удалением от озера до 100 км. Этот след частично наложился на зону ВУРС. Общая площадь сельхозугодий, загрязненных свыше 0,1 Ku/км², составляла 704,58 тыс. га. Наибольшее загрязнение отмечалось в Челябинской области, где 11,1% сельхозугодий (из них 12,2% пашни) загрязнено радионуклидами.

В таблице 2 показано загрязнение сельхозугодий в пострадавших регионах через 30 лет.

Таблица 2. Загрязнение почв сельскохозяйственных угодий стронцием-90 в результате деятельности ПО «Маяк», на 1 января 1997 г. (тыс. га)

На территориях остальных субъектов РФ радиоактивное загрязнение почв сельскохозяйственных угодий с плотностями загрязнения по ¹³⁷Cs свыше 1 Кu/км² и по ⁹⁰Sr - свыше 0,1 Кu/км² не отмечено, т.е. в этих регионах не требовалось использование технологий, предусмотренных на землях, загрязненных радионуклидами /8/.

Установлено, что через 30 лет после аварии наибольшие плотности загрязнения почв ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr отмечены на нижних террасах поймы реки Теча до высоты 2-2,5 м над уровнем воды и на заболоченных местах. В верховьях р. Теча болота накопили запасы радионуклидов до 6000 Кu. Порядок уровней загрязнения в различных местах поймы колеблется: по ⁹⁰Sr - от 10 до 130 Кu/км², а по ¹³⁷Cs - от 5 до 500 Кu/км². Заглубление радионуклидов максимально на низких террасах - до 1,5 м, а на болотах - до 2 м. На высоких террасах поймы в верхнем слое почвы в 60% случаев содержится 60% запаса радионуклидов.

Во всех десяти поселках на берегу р. Теча зафиксирована высокая плотность загрязнения - от десятков до сотен Кu/км². В 66% случаев в слое 40 см удерживается до 20% запаса ⁹⁰Sr и до 30-40% ¹³⁷Cs /9/.

Основными источниками загрязнения р. Теча радиоактивными продуктами являются: фильтрация вод через плотину на р. Теча; фильтрация из искусственных и естественных водоемов на территории «ПО Маяк» в обводные каналы; вынос радионуклидов из Асановских болот. Радионуклид ⁹⁰Sr на 95% находится в водорастворимом состоянии и поэтому мигрирует на большие расстояния по гидрографической системе. Поэтому, даже с прекращением прямых сбросов в р. Теча жидких радиоактивных отходов, стронций-90 в р. Теча является основным дозообразующим радионуклидом /10/.

Активность стронция-90 высокая во всех реках, протекающих по территории ВУРС, но наиболее загрязненной остается р. Теча (табл. 3).

Таблица 3. Среднегодовая активность стронция-90 и трития-3 (в Бк/л) в воде реки Теча в сравнении со среднегодовым фоновым уровнем рек России

В 2005 г. среднегодовая активность как ⁹⁰Sr, так и ³H уменьшилась на 10-30%, но она остается чрезвычайно высокой. Сложная радиационная обстановка в зоне влияния «ПО Маяк», в т.ч. р. Теча, связана с технологией размещения жидких отходов в специальные водоемы. Такое размещение радиоактивных отходов «ПО Маяк» осуществлял на основании разрешения №53 от 24.04. 2000 г., которым установлены нормы сброса - временный лимит поступления отходов в водоемы. Срок действия разрешения истек в конце 2005 г. Какими были эти «лимиты», видно из таблицы 3, особенно в 2004-2005 годах.

Повышенное содержание техногенных радионуклидов наблюдается и в приземном воздухе не только вблизи «ПО Маяк» (пос. Новогорный), но и на удалении до 100 км (табл. 4).

Среднегодовая активность ¹³⁷Cs в приземном воздухе в пос. Новогорный в 2004 г. снизилась в сравнении с 2003 г. в 3,6 раза (что в 48 раз выше, чем по стране), а в 2005 увеличилась в 1,4 раза и была в 60 раз выше средней по РФ. Аналогичные результаты получены и по ⁹⁰Sr. Среднегодовая объемная активность его в приземном слое воздуха в пос. Новогорный в 2005 г. увеличилась в 1,2 раза (103?10^-7Бк/м³), что примерно в 120 раз выше среднего показателя по России.

Таблица 4. Объемные активности радионуклидов в приземной атмосфере в зоне влияния «ПО Маяк» в 2003-2005 гг. (10^-7Бк/м³)

По мере удаления от «ПО Маяк» объемные активности ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr заметно уменьшаются, однако они подвержены значительным колебаниям. Так, в пос. Бродокалмак в 2005 г. объемная активность ¹³⁷Cs увеличилась почти в 2 раза по сравнению с 2004 годом (15,5 против 8,0?10^-7Бк/м³).

Аналогичная картина наблюдается и с выпадением радионуклидов с осадками в зоне влияния «ПО Маяк».

Среднегодовое содержание ³H в осадках в 2004 г. в поселке Новогорный было в 1,5 раза ниже, чем в 2003 г. и составило 2,1 Бк/л, что в 24 раза больше среднего значения по России, а в 2005 г. - было выше уровня 2004 г. и составило 2,8 Бк/л. На расстоянии 20 км от «ПО Маяк» содержание ³H в осадках в 2004 г. было меньше в три раза, но еще в 8,5 раза превышало фоновый уровень, а в 2005 г. еще уменьшилось в 5 раз, но все еще в 7,8 раз было выше фонового уровня.

В таблице 5 представлены данные о выпадении из атмосферы радионуклидов цезия-137 и стронция-90 в сравнении фоновым значением для Уральского округа вблизи «ПО Маяк» и в 100-км зоне вокруг него.

Таким образом, в поселке Новогорный превышение по сумме выпадений радионуклидов в 2004 г. по ¹³⁷Cs было в 4 раза, ⁹⁰Sr - в 1,9 раз, а в 2005 г. превышение составило, соответственно, - 2,4 и 2,6 раза, чем в 100-км зоне вокруг «ПО Маяк». Эти превышения были в сравнении с фоновым значением для Уральского округа, а в сравнении со средней по стране - выше в 20 раз!

Накопление на почве радионуклидов, выпавших из атмосферы в течение 2003-2005 гг., было незначительным по сравнению с их суммарным запасом в почве и не сказалось на уровнях загрязнения, сложившихся ранее.

Таблица 5. Среднегодовая сумма выпадений ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr из атмосферы в 2004-2005 гг. в зоне ВУРС

Географическое распределение техногенного радиоактивного загрязнения почвы также не изменилось.

Согласно «Комплексному плану мероприятий по обеспечению решения экологических проблем, связанных с текущей и прошлой деятельностью «ПО Маяк» и «Мероприятиям по сокращению сбросов жидких средне- и низкоактивных отходов «ПО Маяк», утвержденным Минатома России, было предусмотрено снизить объем сбросов за 2003 год не менее, чем на 10% от базовой величины (среднегодового значения сбросов за период 2000-2002 гг.), а активность - не менее, чем на 5% от базовой величины. В процессе реализации указанного плана были снижены, по сравнению с базовыми величинами, сбросы среднеактивных отходов в водоем В-9 - на 16,7% по объему и на 38% по активности, а в водоем В-17, соответственно, - на 7,6 и 11,3%. Сбросы низкоактивных отходов в Теченский каскад водоемов снижены, соответственно, на 12 и 41,5% /11/.

В 2004 г. также опережающими темпами велась переработка высокоактивных жидких отходов на «ПО Маяк», в т.ч. путем остекловывания. За год остекловано более 2000 м³ высокоактивных ЖРО - 35% суммарной активности образовавшихся за год. Проводится реабилитация загрязненных территорий и локализация радиоактивных отходов «ПО Маяк» /12/.

В течение 2005 г. особое внимание уделялось выполнению работ, связанных с обеспечением безопасной эксплуатации промышленных водоемов и гидротехнических сооружений, с запланированным снижением сбросов жидких радиоактивных отходов, выполнением работ по выводу из эксплуатации и консервации промышленных водоемов. В 2005 г. было получено положительное заключение государственной экологической экспертизы проекта «Консервация водоема В-9 (оз. Карачай), 3-я очередь». На основании разработанной ФГУП «ПО Маяк» Декларации безопасности Теченского каскада водоемов Ростехнадзором было выдано разрешение на эксплуатацию гидротехнических сооружений каскада водоемов №47 (ДР) от 7.06.2005 г. Проводились работы по повышению устойчивости плотины водоема В-11 (конечного водоема Теченского каскада водоемов); по созданию общесплавной канализации с отводом от Теченского каскада водоемов очищенных вод /13/.

Как отмечалось выше, на загрязненных землях в послеаварийный период были выведены из пользования сильнозагрязненные земли, где невозможно получить сельскохозяйственную продукцию с допустимым содержанием радионуклидов. Из севооборотов были исключены культуры, накапливающие высокое количество радионуклидов, проведено известкование кислых почв, внесены повышенные дозы фосфорных и калийных удобрений.

Практика показала, что выполнение специальных агрохимических и мелиоративных мероприятий обеспечивает снижение поступления радионуклидов в продукцию.

В проектируемой структуре посевных площадей предпочтение следует отдавать технологичным севооборотам, обеспечивающим радиационную безопасность при выполнении полевых работ с минимальным использованием ручного труда.

Учитывая сложность и нестандартность сферы агропромышленного комплекса, оптимизация защитных мероприятий является сложной многофакторной задачей, решение которой тесно связано с разработкой критериев для оценки оправданности контрмер и определения факторов, влияющих на эффективность защитных мероприятий.

Обоснование применения оптимальной стратегии контрмер включает три этапа: оценка радиологической обстановки; обоснование эффективности защитных мероприятий с учетом характеристик ведения сельскохозяйственного производства, сравнительный анализ эффективности стратегии применения контрмер.

Выполнение комплекса защитных мероприятий позволяет достигнуть снижения коллективной дозы облучения населения на 40-50% /14/.

Список использованных источников