«Экологическая оценка накопления 137сs лесными объектами Архангельской области: почвой, мхами, лишайниками, грибами и ягодами» Кубасова Мария Сергеевна

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1 Обзор литературы 11

1.1 Общие вопросы радиологии и радиоэкологии 11

1.2 Природные источники ионизирующей радиации 12

1.3 Основные источники загрязнения окружающей среды 13

1.4 Состав и формы радионуклидных выпадений из атмосферы 16

1.5 Радионуклиды в почвах 22

1.6 Вовлечение радионуклидов в биологический круговорот 23

1.7 Радионуклиды в лесных экосистемах 26

1.7.1 Аккумуляция радионуклидов в лишайниках и мхах 28

1.7.2 Аккумуляция радионуклидов в грибах 30

1.7.3 Аккумуляция радионуклидов в лесных ягодах 36

1.7.4 Радионуклиды в мясе диких птиц и животных 38

ГЛАВА 2 Объект и методы исследования 40

2.1 Характеристика объекта исследования

2.1.1 Рельеф 41

2.1.2 Почвенный покров 43

2.1.3 Растительность 44

2.1.4 Климатическая характеристика Архангельской области 46

2.1.5 Радиологическая обстановка в Архангельской области 48

2.2 Методы исследования 49

ГЛАВА 3 Экспериментальная часть 57

3.1 Результаты радиологических исследований в отдельных районах

Архангельской области 57

3.1.1 Мезенский район 57

3.1.2 Приморский район 58

3.1.3 Пинежский район 59

3.1.4 Холмогорский район 61

3.1.5 Плесецкий район

3.1.5 Виноградовский район 64

3.1.6 Верхнетоемский район 65

3.1.7 Красноборский район 67

3.1.8 Южные районы

3.2 Содержание 137Cs в почвах и его вторичная миграция 70

3.3 Накопление 137Cs в наземной растительности 79

3.4 Накопление 137Cs в лесных ягодах 88

3.5 Накопление 137Cs в грибах 90

Выводы. 94

Список использованной литературы 96

Приложения .

• Природные источники ионизирующей радиации
• Аккумуляция радионуклидов в грибах
• Климатическая характеристика Архангельской области
• Верхнетоемский район

Введение к работе

Актуальность темы исследования. Одной из основных проблем современной экологии является загрязнение окружающей среды радионуклидами. Проведение радиоэкологических исследований в Архангельской области обусловлено наличием значительного количества потенциальных источников радиоактивного загрязнения на севере Европейской части России. Одним из важнейших (в прошлом) источников загрязнения в Архангельской области является испытательный полигон "Северный" на архипелаге Новая Земля, на котором в период между 1955 и 1990 гг. было произведено 214 испытаний ядерного оружия. 87 из них были проведены в атмосфере, такие испытания давали наибольшее загрязнение окружающей среды. Воздушные испытания (в период 1957-1962 гг.) проводились в районе полуострова Сухой Нос, подземные (до 1990 гг.) – в основном в проливе Маточкин Шар, подводные испытания зарядов малой мощности (1955-1961 гг.) – в Губе Чёрная, на глубине 60 м.

Наиболее интенсивно испытания производились в 1961 и 1962 гг. В 1961 г. над полигоном на высоте 4000 м был произведён самый мощный взрыв термоядерной бомбы, её эквивалент составил около 50-60 Мт. После 1962 г., вследствие моратория, а потом и заключения договора о запрете испытаний в трёх средах, атмосферные и наземные взрывы на Новоземельском полигоне больше не производились.

В Северодвинске (Архангельская обл.) – центре атомного судостроения, а также на базах атомных подводных лодок Северного флота на Кольском полуострове (Мурманская обл.) сосредоточено большое число объектов и предприятий по строительству, обслуживанию и утилизации АПЛ. Имеется здесь и множество мест выдержки или захоронения радиоактивных отходов.

Не стоит забывать и о Кольской атомной электростанции с 4 реакторами типа ВВЭР, расположенной в пос. Полярные Зори (Мурманская обл.). Запланировано строительство Кольской АЭС-2, предположительно в районе Кунчаст-губы озера Имандра. Строятся новые блоки на другой северной АЭС – Калининской (г. Удомля Тверской обл.).

Вышесказанное определяет необходимость изучения миграции и
аккумуляции техногенных радионуклидов в природных экосистемах.

Радиоэкологический мониторинг содержания ¹³⁷Cs в съедобных грибах и дикорастущих ягодах поможет выявить поля радиоактивного загрязнения и их трансформацию на северных территориях. Ряд исследователей полагает, что изучение вопросов радиоэкологии необходимо не только в непосредственной близости от радиационно опасных объектов, но и на региональном уровне Северных территорий, куда входит и Архангельская область (Борисенко, 2007; Воробьева, 2012).

В этом отношении немаловажно мнение международного Чернобыльского Форума (2008). В окончательном заключении Форума отмечается: "Особенно высокие концентрации ¹³⁷Cs были обнаружены в грибах, ягодах и дичи, и эти высокие уровни сохраняются со времени аварии". В отношении основных текущих задач Чернобыльский Форум предлагает "проводить постоянный

долгосрочный мониторинг специфических лесных продуктов, таких как грибы, ягоды и дичь". Там же даны рекомендации и в отношении целесообразности дальнейших исследований и мониторинга, в частности, Форум считает полезным "определить механизмы поведения радионуклидов в менее изученных экосистемах, например, роль грибов в лесах".

При постановке задач исследования нами, безусловно, учитывалось и важное значение грибов и ягод в традиционном рационе жителей Русского Севера.

Из литературы известно (Нифонтова, 1991; Кожевникова, 1993; Кадука, 2001; Памятка для населения…, 2001; Зарубина, 2006; Коробова, 2006; Переволоцкий, 2006; Лурье, 2007), что многие из высших грибов и некоторые из дикорастущих ягод проявляют способность к избирательной аккумуляции ¹³⁷Cs. Предположительно это может быть связано со сравнительно высоким содержанием в них калия, который, как известно, является химическим аналогом цезия. Важное значение имеет и характер почв (преимущественно кислых) в местах предпочтительного произрастания кустарничков семейства брусничных (вересковых) – черники, голубики, брусники и клюквы.

В число объектов исследования включены также мхи и лишайники, являющиеся биоиндикаторными растениями в силу особенностей их питания (преимущественно из атмосферной влаги), очень медленного роста и весьма продолжительного нахождения на одном и том же месте.

Степень разработанности темы. Следует признать, что загрязнённость лесных экосистем изучена в Архангельской области, как и в соседних областях, довольно слабо, имеются лишь единичные сообщения по теме из отдельных районов области. Мало исследовано содержание радиоцезия в побочной продукции леса (грибах, ягодах), которые традиционно входят в рацион питания местного населения. Очень мало известно (для данного региона) современное содержание ¹³⁷Cs во мхах, лишайниках и других объектах, которые обычно используются в целях биоиндикации радионуклидного загрязнения.

Цель и задачи исследования. Цель исследования – экологическая оценка аккумуляции и закономерности распределения ¹³⁷Cs в лесных биообъектах – почве, мхах, лишайниках, грибах и ягодах.

Для достижения цели были определены следующие задачи исследования:

1. Определение содержания экологически значимого радионуклида ¹³⁷Cs в различных слоях почвы (0–5, 5–10 и 10–20 см), а также по элементам ландшафта;

2. Определение содержания ¹³⁷Cs в мхах, лишайниках, грибах и ягодах;

3. Проведение спектрометрических измерений при крайне низких уровнях содержания ¹³⁷Cs в природных объектах;

4. Проведение сравнительного анализа накопления ¹³⁷Cs в лесных пищевых продуктах (ягоды, грибы) и оценка их безопасности как пищевых продуктов;

5. Выявление объектов, которые могут быть использованы в целях биоиндикации радиоактивного загрязнения.

Научная новизна. Определено современное, на начало 2010-х гг.,
содержание ¹³⁷Cs в лесных объектах в 12 районах Архангельской области. При
исследовании распределения ¹³⁷Cs по почвам и элементам ландшафтов выявлены
редко наблюдаемые и мало изученные (в лесах зоны северной тайги) проявления
вертикальной и латеральной миграции радионуклида. В результате экологических
исследований современного содержания ¹³⁷Cs в типичных видах лишайников,
мхов и другой растительности напочвенного покрова найдено, что для целей
биоиндикации радионуклидного загрязнения в настоящее время наиболее
эффективно использование (в порядке предпочтительности): грибов-

базидиомицетов > мхов > лишайников (в соответствии со степенью накопления ¹³⁷Cs в этих тест-объектах). Полученные данные дополняют и развивают существующие представления о распределении ¹³⁷Cs в элементах лесных экосистем зоны северной тайги и о выраженности миграционных процессов, которые привели к перераспределению радионуклидов по прошествии 30-50 лет после выпадения из атмосферных источников.

Теоретическая и практическая и значимость работы. Результаты исследований выявили уровни количественного содержания ¹³⁷Cs в элементах лесных экосистем в значительном числе районов центральной части Архангельской области на период первой половины 2010-х годов.

Большую практическую значимость имеют наблюдения, касающиеся выбора биообъектов для выявлении и мониторинга техногенного радиоактивного загрязнения на северных территориях. Установлено, что для северных лесных территорий в настоящее время наиболее эффективными биоиндикаторами являются грибы-базидиомицеты, а не лишайники и мхи, которые использовались для этих целей в более ранний период по выпадении из атмосферы.

Выполненное исследование показало отсутствие значимого загрязнения в большей части лесов Архангельской области, что подтверждает безопасность использования побочной продукции леса. При этом исследование позволило получить также ряд научно значимых результатов из области радиоэкологии – по вопросам характера поведения радионуклидов в природных средах.

Методология и методы диссертационного исследования. Основная сложность исследования состояла в крайне низких уровнях содержания ¹³⁷Cs в природных объектах. Возможность выполнения такого рода иcследований требует применения аппаратуры с повышенной чувствительностью. Приборы для измерения радиоактивности, которые позволяют повысить чувствительность измерений за счёт увеличения массы проб (например, использующие сосуды Маринелли объёмом 1 л), в данном случае неудобны, т.к. связаны с вывозом и доставкой в лабораторию образцов с большой общей массой. Особенно сложно это в удалённых районах, с плохо развитой дорожной системой.

Другой способ повысить чувствительность измерений – использование автоматических приборов со сменщиком проб, работающих по набору импульсов в течение продолжительного времени измерения. Нами был использован автоматический сцинтилляционный спектрометр с детектором увеличенного размера, который позволяет проводить измерения в сравнительно небольших

пробах (порядка 20–25 см³ по объёму), не создающих серьёзных проблем с доставкой их в лабораторию даже при значительном общем количестве образцов.

Положения, выносимые на защиту:

6. Установление современных уровней содержания ¹³⁷Cs в почвах и наземном растительном покрове лесных экосистем Архангельской области.

7. Выявление наиболее вероятных источников слабо выраженных радиоактивных выпадений в Архангельской области, которыми являются атмосферные испытания ядерного оружия на Новоземельском полигоне (преимущественно в приморских районах области) и два факела Ченобыльского происхождения (в континентальных районах).

8. На склоновых лесных ландшафтах выявлено действие процессов эрозионного вымывания ¹³⁷Cs с участков, расположенных на возвышениях, и переотложения его вниз по склону и в понижениях.

9. Найдено, что для целей биоиндикации загрязнений в современный, удалённый по времени период после аэральных выпадений, наиболее целесообразно использование в качестве биообъекта грибов-базидиомицетов (преимущественно симбиотрофного типа питания).

Степень достоверности и апробация результатов. Степень достоверности полученных результатов определяется применением высокочувствительной и высокоточной аппаратуры для определения содержания радиоцезия на уровнях фоновых удельных активностей, а также выбором необходимого числа повторностей при выполнении измерений. Исследование выполнено на основе большого числа (340) проб, доставленных в лабораторию из мест исследования.

Благоприятным обстоятельством исследований стало то, что общая продолжительность работ составила 6 лет (2009–2014), что несколько скомпенсировало высокую сезонную вариабельность по размерам накопления радионуклида в таких объектах, какими признаны грибы.

Все приводимые результаты обработаны статистически. Для

математической и статистической обработки результатов исследований использовались компьютерная программа Exel и программа STAT на калькуляторе научного класса (Рачинский и др., 2006).

Материалы исследований по теме докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры агрономической, биологической химии, радиологии и безопасности жизнедеятельности (2012, 2013, 2014, 2015); представлялись на Международных научных конференциях: Научная конференция молодых ученых и специалистов РГАУ-МСХА (5-6 июня 2013 г.), XVII Докучаевские молодежные чтения (3-6 марта 2014 г.), Молодые ученые в решении актуальных проблем науки (14-15 мая 2015 г.), V международная молодежная научная конференция Экология – 2015 (22-24 сентября 2015 г.).

Публикации. По результатам исследования опубликовано 8 научных работ, из них 3 – в изданиях, которые включены в перечень журналов, рекомендуемых ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 125 страницах, иллюстрирована 34 рисунками, содержит 14 таблиц. Работа состоит из введения,

трех глав, выводов и списка литературы, содержащего 167 источников, из них 49 – на иностранных языках.

Выражение благодарности. Автор выражает большую благодарность профессору, доктору биологических наук Александру Александровичу Лурье. Без его постоянной помощи и поддержки работа вряд ли бы состоялась.

Природные источники ионизирующей радиации

Главными действующими или потенциальными источниками загрязнения окружающей среды искусственными радиоактивными изотопами являются: 1. Ядерные взрывы в военных или мирных целях (в настоящее время соблюдается мораторий на испытания ядерного оружия и выполнение других ядерных взрывов); 2. Аварии на ядерных объектах различного назначения (наибольшую опасность представляют аварии на крупных энергетических реакторах); 3. Постоянно накапливающиеся отходы атомной промышленности, атомного флота, различных отраслей науки и медицины – отработанное ядерное топливо (ОЯТ) и радиоактивные отходы (РАО) различного происхождения; 4. Неосторожность при использовании радиоактивных материалов и источников в различных областях хозяйства, промышленности, науки и медицины (Фокин и др., 2011).

За период с 1945 по 1996 гг. в мире было произведено более 2000 испытаний ядерного оружия, 718 из которых выполнено в СССР. В Архангельской области источником загрязнения окружающей среды в результате ядерных испытаний явился полигон "Северный" на Новой Земле. Всего на Новоземельском полигоне проведено 214 испытаний ядерного оружия, из них 87 испытаний были атмосферными, то есть такими, которые приводят к наибольшему загрязнению окружающей среды. В 1961 – 1962 гг. на Новой Земле были проведены испытания шести термоядерных зарядов мощностью более 10 Мт тротилового эквивалента.

Кроме того, за период с 1964 по 1989 гг. в СССР было проведено 156 промышленных подземных ядерных взрывов (для целей сейсморазведки, интенсификации газо- и нефтеотдачи на промыслах, создания крупных подземных емкостей для хранения углеводородного топлива или для захоронения биологически опасных отходов, перекрытия скважин аварийных газовых фонтанов, создания траншей и плотин хвостохранилищ и т.д.). Наибольшее количество «мирных» ядерных взрывов выполнено в Казахстане (30), Астраханской области (15), Якутии (12), Красноярском крае (9), Пермской обл. (8), Тюменской обл. (8), Башкирии (7), Оренбурской обл. (5) (Лурье, 2007). На объекте «Днепр» ОАО «Апатит» в г. Кировске хранятся продукты, образовавшиеся при трх промышленных взрывах – это около 400 тыс. тонн апатитнефелиновой руды и другие РАО (Обеспечение радиационной безопасности …, 2007).

Крупными и плохо контролируемыми источниками радиационного загрязнения являются аварии на предприятиях ядерной промышленности. В результате аварии на ЧАЭС загрязненными оказались обширные территории в Белоруссии, России, Украине, а также, в значительно меньшей степени, в Польше, Румынии, Югославии, Скандинавских странах (Атлас загрязнения Европы…, 1998). Общая площадь загрязнения почв Европы 137Cs плотностью свыше 1 Ки/км2 достигла 204,1–207,5 тыс. км2 , в том числе России – 56,5– 59,6 тыс. км2 , Республики Беларусь – 43,5–46,45 тыс. км2 и Украины – 37,6– 41,84 тыс. км2 (Белов, №2).

Также множество проблем связано с атомными ВМС. К примеру, в августе 1985 г. произошла крупная авария в бухте Чажма (Шкотово-2) в заливе Петра Великого вблизи Владивостока: при перегрузке реакторного топлива с атомной подводной лодки произошел мощный взрыв, приведший к загрязнению кораблей, причалов и береговой территории на площади около 3 км2 и дальностью до 30 км. Сходная авария произошла в Северодвинске в январе 1965 г. (на АПЛ К-11).

В советские времена в море несанкционированно затоплено 12 реакторов с выгруженным ядерным топливом (из них 9 – у архипелага Новая Земля, и 3 – на Дальнем Востоке; и ещ 6 аварийных реакторов с невыгруженным ядерным топливом – у Новой Земли. В Арктических морях с 1961 по 1990 гг. затоплено более 12 000 контейнеров с радиоактивными отходами (РАО). Суммарная активность РАО в период с конца 1950-х до 1992 г. составила 2,5 МКи. Помимо контейнеров, было затоплено 13 реакторов аварийных АПЛ, 3 реактора и топливная сборка атомного ледокола “Ленин”. Основное место захоронения – восточная часть шельфа архипелага Новая Земля. Кроме того, в разные годы в результате аварий в открытом море затонули 7 советских АПЛ вместе с реакторами.

Очень напряжнно стоит проблема утилизации снятых с эксплуатации АПЛ в связи с истечением срока службы, который составляет примерно 30 40 лет. Всего к 2003 г. в СССР было построено 248 АПЛ (с 449 реакторами).

Уже к концу 2003 г. 193 АПЛ было выведено из эксплуатации, а утилизировано из них – чуть больше половины. Из-за сложностей демонтажа радиоактивно-загрязннного оборудования множество списанных АПЛ длительное время находятся в пунктах отстоя на базах Северного флота в Андреевой губе, Гаджиево, Видяево, Росляково, Гремихе, Оленьей, Сайда губе (Мурманская обл.) и на судоверфи АПЛ в Северодвинске (Архангельская область). Там же сосредоточено большое количество хранилищ РАО. Утилизация списанных АПЛ производится на судоремонтных заводах "Шквал" (г. Полярный), "Нерпа" (г. Снежногорск) и "Звздочка" (Северодвинск). На промышленных площадках береговых технических баз Северного флота имеются сильно загрязннные участки (в основном загрязнение 137Cs, иногда 60Co).

Искусственные радиоактивные изотопы являются источниками техногенного загрязнения биосферы. Среди них наибольшее значение имеют так называемые осколочные радионуклиды, образующиеся в результате цепной ядерной реакции из 235U или 239Pu при бомбардировке их нейтронами.

Из более чем 200 продуктов цепной реакции наибольшее число образующихся радионуклидов являются короткоживущими, которые быстро распадаются уже в первые часы и дни. Именно поэтому суммарная радиоактивность продуктов деления довольно быстро падает после выброса в окружающую среду. Быстро распадается и изотоп 133Xe, относящийся к группе инертных радиоактивных газов. Он преобладает в выбросах, но распадается с периодом полураспада чуть больше 5 суток и, кроме того, быстро рассеивается в воздухе.

Аккумуляция радионуклидов в грибах

Территория Архангельской области расположена в трех климатических поясах: арктическом, субарктическом и умеренном. С этим связаны большие различия в поступлении солнечной радиации и термическом режиме. С запада на восток вся территория области (вместе с Ненецким автономным округом) протянулась почти на 30 градусов по долготе; на ее западные районы интенсивно воздействуют циклоны, поступающие преимущественно с запада, со стороны Атлантического океана (особенно осенью и зимой) и, следовательно, морские (атлантические) воздушные массы, тогда как на востоке преобладает влияние континентального воздуха (Атлас Архангельской области, 1976). Совокупность перечисленных выше факторов создает в области более суровые климатические условия в северных и северо-восточных районах, более мягкие – в западных, и более континентальные – в восточных (Агроклиматический справочник…, 1961).

Со стороны Сибири зимой обычно приходит антициклональная морозная и ясная погода. С юга и юго-востока поступают преимущественно континентальные массы воздуха, охлажденные зимой и прогретые летом.

Характерной особенностью ветрового режима в районе Архангельска является отчетливо выраженная в годовом ходе сезонная смена ветров преобладающих направлений. Зимой преобладают юго-западные и юго-восточные ветры. Максимальные скорости ветра (более 20 м/с) бывают в течение всего года при северных и западных направлениях (Швер, 1982).

Температура воздуха в летний период зависит от уровня солнечной радиации, поэтому закономерно повышается с севера на юг, обнаруживая четкую зональность. В холодную половину года основным фактором температурного режима является перенос тепла с Атлантики, поэтому температуры понижаются с запада на восток (Атлас Архангельской области, 1976).

Продолжительность активной вегетации растений 3 месяца (с начала июня до начала сентября). Безморозный период длится около 4 месяцев (с конца мая до конца сентября). В среднем за год в районе Архангельска отмечается 201 день с осадками. Их сумма за этот период составляет 460 – 530 мм, что намного превышает испарение, поэтому территория избыточно увлажнена. Интенсивность осадков в этом районе определяется активной циклонической деятельностью. На теплый период (апрель – октябрь) приходится 70 % выпавшего за год количества осадков. В годовом ходе отмечается два максимума осадков – в июле и сентябре (55 – 62 мм). Средняя продолжительность сохранения снежного покрова составляет 170 – 180 дней. Наибольшая высота снежного покрова отмечается во второй декаде марта – 40 – 60 см. Разрушение устойчивого снежного покрова происходит в среднем в начале третьей декады апреля (Швер, 1982).

Наступление весны (дата перехода среднесуточной температуры через 00) в южных районах области начинается в конце первой декады апреля. При постепенном продвижении к северу, в Архангельск и Пинегу она приходит около 20 апреля, а в Мезень 29 апреля.

Вегетация растительности начинается с переходом температуры воздуха через +5(в южных районах – в конце третьей декады апреля, на широте Архангельска и Пинеги – около середины мая, в Мезени – около 24 мая).

Продолжительность всего вегетационного периода со средними суточными температурами выше 5 составляет в среднем в южных районах 150-155 дней и 120-125 – в северных. Сумма положительных средних суточных температур за этот период понижается с юга на север (в Вельске она равна 1980, в Мезени –1290).

Годовые суммы осадков на большей части территории составляют в среднем около 500 мм водяного столба при 200-213 днях с осадками за год.

Несмотря на сравнительно невысокие годовые суммы осадков, на данной территории создается переувлажненность почвы, так как солнечного тепла, поступающего на поверхность земли, здесь меньше того количества, которое необходимо для испарения осадков, выпадающих за год.

В целом радиационная обстановка на территории Архангельской области признатся благоприятной (Радиационная обстановка на территории Архангельской области в 2010 г.).

В списке 19 областей Российской Федерации, оказавшихся в той или иной степени загрязннными вследствие аварии на Чернобыльской АЭС, Архангельской области нет, но нет и утверждения, что Архангельской области чернобыльские аварийные выбросы вообще не достигли. Включение в список загрязннных территорий ограничено по пределу, при котором земли признаются радиоактивно загрязннными – это 1 Ки/км2 по 137Cs. В частности, по данным Минприроды РФ на конец 1993 г., загрязнения в пределах от 0,4 до 1,0 Ки/км2 установлены для некоторых территорий Новгородской и Тверской областей, от 0,2 до 0,3 Ки/км2 – для Карелии, от 0,1 до 0,2 Ки/км2 – для Костромской, Калининградской, Ростовской, Астраханской областей и Калмыкии. Ещ на 17 территориях Европейской части России (в том числе в областях Архангельской, Мурманской, Владимирской, Вологодской, Московской, Ярославской и ряда других) уровень загрязнения определн равным менее 0,1 Ки/км2. В докладе Роспотребнадзора по Архангельской области за 2011 г. указаны средняя поверхностная плотность загрязнения по 137Cs 0,009 Ки/км2 и среднее содержание 137Cs в почвах области – 3,5 Бк/кг (eco29.ru/monitoring_files/radiation_situation).

Климатическая характеристика Архангельской области

В различных точках опробывания можно заметить два типа послойного распределения 137Cs в верхних слоях почвы (рисунок 30). В одном из этих двух случаев, более типичном, наибольшее содержание радионуклида наблюдается в слое лесной подстилки (показано на рис. 30 для точек 4А и 5). Гораздо реже проявился другой тип распределения (там же, на точке 3), когда большая часть загрязнителя переместилась из подстилки в минеральный горизонт А1. Действительно, множество литературных данных для большинстве лесных почв подтверждает, что основное депонирование радионуклида наблюдается или в нижнем слое лесной подстилки, или в верхней части минеральной почвы, чаще всего в горизонте А1.

Причиной умеренного проявления вертикальной миграции 137Cs является, очевидно, весьма прочное закрепление цезия в почвенном поглощающем комплексе по механизмам ионной фиксации в кристаллической рештке глинистых минералов и/или труднообменного удержания в малорастворимых органических гумусовых веществах (Павлоцкая, 1974; Тихомиров, 1990; Уорнер и Харрисон, 1999; Алексахин, 2006; Лурье, 2010).

Типичные примеры послойного распределения 137Cs верхних 20 см почвы (по точкам 3, 4А и 5) Значения удельной активности 137Cs в верхних слоях лесных почв Архангельской области показали некоторое превышение уровня "глобального" загрязнения на данных широтах (Павлоцкая, 1974; Болтнева и др., 1977; Логачв, 1998) – то есть того запаса радионуклида, который образовался в результате проведения наиболее мощных, термоядерных взрывов, вначале в верхних слоях атмосферы (в тропосфере и стратосфере), а затем медленно, на протяжении многих лет, выпадал на поверхность практически всего Земного шара (хотя и неодинаково на различных широтах).

Превышение уровня глобального загрязнения для данного региона свидетельствует о дополнительном выпадении радионуклидов из приземных воздушных потоков, происходивших, например, во время атмосферных испытаний ядерного оружия. Локальные радиоактивные загрязнения распространяются по воздуху обычно не более чем на несколько сотен километров от места выполнения испытания. Следовательно, в нашем случае, то есть в северной части Архангельской области, наиболее реальным источником дополнительного загрязнения (помимо "глобального") могла стать деятельность испытательного полигона «Северный» на Новой Земле. Предположение о Новоземельском происхождении основной части загрязнений в Архангельской области подтверждается также тем, что в целом в сводке данных по почвам мы наблюдаем некоторую тенденцию к снижению уровней загрязнения цезием с севера на юг области, т.е. от арктического побережья вглубь континента.

Повышенные значения удельной активности в почвах (до 60 - 66 Бк/кг) были выявлены в двух точках в центрально-южной и юго-восточной частях области в Верхнетоемском и Красноборском районах (точки 18 и 22). Забегая вперд, можно сказать, что имеются косвенные свидетельства того, что загрязнение почвы имеет место также в Плесецком, Красноборском и Вельском районах (в точках 8, 20, 22). Трудно предположить, что дополнительные радионуклидные выпадения в районе Вельска, например, пришли с Новой Земли, то есть за 1,5 тыс. км от места испытаний. Таким образом, в южных районах Архангельской области более вероятным источником загрязнения почв может быть след от Чернобыльской аварии 1986 г.

Как известно (Persson et al., 1987; Борзилов и др., 1989), первичное северозападное направление движения Чернобыльского радиоактивного облака, которое привело к существенным загрязнениям в Швеции и Норвегии, в дальнейшем расщепилось на несколько струй («факелов»). Одна из них, перемещавшаяся на высоте около 1500 м, повернула затем на Финляндию и далее на юг – юго-восток, в сторону Ленинградской области (рисунок 31). Выпадение радиоактивных веществ с дождями привело к заметному (с плотностью выше 1 Ки/км2) загрязнению в Кингисеппском, Волосовском и Лужском районах (Петербургский загородный портал, 2015). На карте Ленинградской области (рисунок 32) отдельные микроочаги складываются в достаточно чткую картину движения радиоактивного следа от юго-западной части Финского залива Балтийского моря (примерно от Усть-Луги) и далее в юго-восточном направлении практически через всю область. Окончание этого шлейфа пришлось на северную часть Вологодской области. Возможно, что в т. 20 (Вельский район, почти на границе с Вологодской областью) мы тоже имеем следы этого шлейфа. Однако к загрязнению основной части Архангельской области он, по-видимому, отношения не имеет.

Однако ещ один воздушный шлейф, отмеченный вначале на высотах около 3000 м (он показан пунктирными точками на рис. 31), уже над Балтийском морем отклонился к востоку и пошл по Заонежью и далее по Архангельской области.

Загрязннные воздушные массы от ЧАЭС пришли к северным регионам России уже в значительно ослабленном состоянии. Расчтная оценка плотности загрязнения цезием в Карелии и Архангельской области к 1988 г. составила 0,06-0,10 Ки/км2 (Махонько и др., 1990), что является хотя и небольшим, но вс же заметным превышением над региональным фоновым значением.

Верхнетоемский район

Большинство проб лишайников принадлежит видам Кладония лесная (Cladonia sylvatica) и Цетрария исландская (Cetraria islandica), называемая также исландским мхом (Гарибова и др., 1978). Это кустистые, сильно разветвлнные напочвенные (или эпигейные) лишайники. Существенно отличался от других результат, полученный у Пелтигеры пупырчатой (Peltigera аphthose). Таллом этого лишайника не кустистый, а состоящий из довольно крупных листоватых лопастей. Возможно, этим и объясняется более высокое накопление радиоцезия у пелтигеры. Ещ один вид – Уснея густобородая (Usnea dasypoga) – вообще не принадлежит к напочвенным, а является эпифитным. Впрочем, значения Кн у уснеи мало отличались от значений по другим видам лишайников.

Мхи и лишайники давно и эффективно используются в качестве биоиндикаторов радиоактивного загрязнения при выпадении радионуклидов из атмосферы (Молчанова и др., 1980; Feige et al., 1990; Giovani et al., 1994; Нифонтова, 2003). Объясняется это физиологическими особенностям питания этих низших растений, у которых поступление минеральных элементов происходит преимущественно из атмосферы (а не через корни), а также весьма продолжительным ростом их на одном месте. Обзор применений лишайников в качестве биоиндикаторов радиоактивного загрязнения, составленный Л.Г. Бязровым (2005), включает публикации по многим районам Российского Севера, от Кольского полуострова и Карелии до Чукотки, а также по другим арктическим территориям (Скандинавии, Гренландии, Аляски и др.) (Приложение 4).

Современные запасы радионуклида в почвах и растительном покрове сформировались в период наиболее активных испытаний ядерного оружия, которые выполнялись в 1958-1959 и 1962-1963 гг. Максимум концентрации радионуклидов во мхах и лишайниках северных территорий пришлся примерно на 1964 - 1965 гг.; тогда он достигал значений 102 - 103 Бк/кг. В последующие годы наблюдалось постепенное снижение активности в лишайниках и мхах вследствие распада и вымывания радионуклидов из тканей и слоевищ. К концу 70-х - началу 80-х гг. уровни глобального загрязнения лишайников и мхов снизились до значений примерно в десятки (101) Бк/кг. В 1986 г. в лишайниках многих северных территорий снова отмечено возрастание концентрации радионуклидов, вызванное Чернобыльскими выпадениями.

В соответствии с интенсивностью проведения испытаний ядерного оружия, пик которых пришлся на 1962-1963 гг., наибольшая активность радиоцезия в наземных лишайниках отмечалась в 1964-1965 гг. В дальнейшем, вплоть до начала 1986 г., удельная активность 137Cs в лишайниках, обусловленная глобальными выпадениями, постепенно снижалась во всех исследованных районах Севера.

В дальнейшем, и особенно к настоящему времени, физический распад и вымывание радионуклидов из слоевищ лишайников привело к заметному снижению поверхностной загрязннности на большинстве территорий. Лишь там, где Чернобыльские выпадения были значительными (в ряде районов Швеции, Норвегии и Финляндии), Чернобыльский след, выявляемый по лишайникам, остатся весьма заметным до сих пор.

Следует отметить, что лишайники, особенно из родов Кладония и Цетрария, имеют большое значение в качестве одного из основных кормовых источников для северного оленя, а в Исландии и других северных странах порошок высушенной Цетрарии используется как примесь к муке при выпечке хлеба. Отвары из лишайников используются в народной медицине при желудочных заболеваниях.

Возможность загрязнения лесных ягод радиоцезием имеет большое практическое значение с учтом особенностей традиционного быта многих северных народов. У местного населения Архангельской области дикорастущие ягоды тоже составляют значительную долю в рационе.

При этом, однако, следует иметь в виду, что некоторые из северных ягод, особенно принадлежащих к семейству брусничных (брусника, черника, голубика, клюква), обладают способностью к избирательному накоплению радиоцезия (Bunzl, Kracke, 1986; Цветнова и др., 1991; Johanson, Kardell, 1996; Переволоцкий и Переволоцкая, 2010).

Ягоды и зелные веточки черники или других ягодных кустарничков являются также важными кормовыми источниками для боровой дичи (птиц) и копытных – объектов охоты (лосей, косуль и др.).

Результаты измерений удельной активности 137Cs в высушенных ягодах приведена в таблице 11. По этим данным, содержание радионуклида в большинстве проб оказалось сравнительно небольшим, вблизи значения 10 Бк/кг; крайние значения – порядка 30 Бк/кг. Это существенно ниже допустимого уровня содержания 137Cs в дикорастущих ягодах, установленных Санитарными правилами и нормами СанПиН 2.3.2.1078-01 – 800 Бк/кг по сухой массе. Также небольшими по величине определены значения коэффициентов накопления в ягодах (таблица 12). Для 5 проб, пригодных для соответствующих расчтов, среднее значение составило 0,29 (SD = 0,17). К сожалению, в исследование не попала такая важная для жителей Севера ягода, как клюква, по причине позднего сезона сбора, когда уже начинается учебный семестр. Другая популярная ягода, морошка, вряд ли представляет существенное значение с рассматриваемой точки зрения, так как не относится к семейству брусничных (вересковых) – признанных накопителей радиоцезия. Морошка входит в семейство розоцветных, ряд ягод из которого (земляника, малина, рябина) существенно уступают брусничным по накоплению 137Cs (Переволоцкий, 2006).