Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Радиоактивное загрязнение Черного, Карского, Баренцева и Белого морей: анализ с помощью метода спектральной реконструкции Марголина, Татьяна Марковна

Данная диссертационная работа должна поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Марголина, Татьяна Марковна. Радиоактивное загрязнение Черного, Карского, Баренцева и Белого морей: анализ с помощью метода спектральной реконструкции : автореферат дис. ... кандидата физико-математических наук : 04.00.22.- Севастополь, 2000.- 22 с.: ил.

Введение к работе

Актуальность темы исследования. Выбор полей техногенной радиоактивности в качестве объекта исследований с применением разработанного метода спектральной реконструкции (Eremeev, Ivanov, Kirwan, 1992) объясняется несколькими причинами.

Радионуклиды (как естественного, так и искусственного происхождения) традиционно представляли интерес для исследователей как в качестве самостоятельных объектов изучения (как непосредственные участники различных природных процессов), так и в роли трассеров геохимичесюгх и геофизических процессов.

Во второй половине двадцатого века на фоне постоянно возрастающего антропогенного воздействия на природу возник новый экологический фактор - загрязнение окружающей среды, связанное с выходом продуктов радиоактивного распада из-под контроля человека. Это обстоятельство обусловило смещение интереса при изучении полей радиоактивности в сторону исследования содержащихся в природной среде радионуклидов искусственного происхождения. В этих условиях особый интерес представляет изучение радиоактивного загрязнения вод Мирового океана, куда попадает большая часть инжектированных во внешнюю среду радиоактивных веществ искусственного происхождения, независимо от природы их источника. Значительная доля этих радионуклидов находится в водорастворимых формах и поэтому практически мгновенно вовлекается в гидрологические и гидрохимические процессы, происходящие в океане. Отдельные компоненты морской среды (планктон, донные отложения) обладают высокой аккумулирующей способностью по отношению х радионуклидам, что может привести к резким локальным повышениям уровня радиоактивности, а также стать источником угрозы (через промысловые и сьтрьевые ресурсы океана) безопасности человека. Совокупность этих факторов определяет необходимость проведения радиационного мониторинга морской среды как с целью анализа существующего уровня радиоактивного загрязнения, так и с целью прогноза основных тенденций его эволюции.

В последнее десятилетие определилась четкая региональная направленность исследований загрязнения вод Мирового океана радионуклидами техногенного происхождения. Одним из объектов, привлекающих пристальное внимание ученых и существенности, является Северный Ледовитый океан (см., например, Матишов и др., 1994; Степанец и др., 1996, 1998; Edson et al., 1997). Толчком к интенсификации исследований в этом регионе Мирового океана послужили преданные широкой огласке в начале 90-х годов сведения, касающиеся захороненных в Арктике бывшим Советским Союзом ядерных материалов. Несмотря на важную роль в

процессе формирования мирового экологического "климата, Северный Ледовитый океан, тем не менее, в течение десятилетий служил объектом радиоактивного техногенного загрязнения, как для Советского Союза, так и для ряда Европейских стран. Размещение радиоактивных отходов в Баренцевом и Карском морях, загрязнение водосборных бассейнов рек Обь и Енисей отходами производства ядерного оружия и тошшво-перерабатывающей промышленности, а также прямой сброс радиоактивных отходов в воды Ирландского и Северного морей европейскими предприятиями по переработке ядерного топлива, явились главными факторами, обусловившими негативное изменение радиоактивного климата вод Северного Ледовитого океана.

Не менее актуальным является в настоящее время и исследование загрязнения Черного моря радионуклидами Чернобыльского происхождения (см., например, Радиоактивность Черного моря, 1994; Соботович, 1990; Поликарпов и др. 1992, 1993, 1995, 1997; Margvelashvily, Maderich and Zheleznyak, 1997). Являясь беспрецедентной по масштабам последствий трагедией за всю историю существования человечества, авария на Чернобыльской АЭС 26 апреля 1986 г. вызвала радиоактивное загрязнение обширных территорий Восточной Европы и большой части Западной Европы. Значительность загрязнения акватории Черного моря в результате атмосферных выпадений на этапе распространешія радиоактивного облака, а также вторичного загрязнения черноморских вод в последующий период определяют актуальность проведения исследований в этом направлении для Украины.

К настоящему времени накоплен обширный экспериментальный материал как по пост-Чернобыльскому загрязнению Черного моря (см., например, Чудиновских и Еремеев, 1990; Buesseler and Livingston, 1994, Доманов, Контарь, Сапожников и др., 1996 и др.), так и по полям искусственной радиоактивности морей Арктического бассейна (Вакуловский и др., 1985, 1987, 1988; Никитин и др., 1991; Стыро и др., 1984, 1990, 1995 и др.). Эти данные содержат информацию об изотопном составе и концентрациях различных радионуклидов техногенного происхождения. К сожалению, отдельные измерения (съемки) дают лишь ориентировочную и довольно неточную оценку радиоактивного состояния морской среды. Простая констатация факта радиоактивного загрязнения среды и грубые оценки ее характеристик являются далеко не достаточными для целей радиоэкологического мониторинга и, самое главное, для прогноза возможной эволюции этих характеристик по каким-либо численным моделям. На современном этапе исследований возникает необходимость: 1) выявления общих закономерностей и региональных особенностей проявления глобального загрязнения вод Мирового океана; 2) определения масштабов и

местоположения локальных очагов радиоактивности; 3) выявления и оценки факторов, формирующих поле техногенной радиоактивности; 4) идентификации механизмов миграции радиоактивного загрязнения, в том числе и тех, которые регулируют ...распределение радиоактивных веществ меяеду отдельными компонентами морской среды; 5) определения степени угрозы, которую представляют для человека изменения радиоактивного характера морской среды. Для решения этих задач необходима разработка новых подходов к обработке радиохимической информации, учитывающих особенности имеющихся в распоряжении исследователей данных.

Связь работы с научными программами, планами, темами. Исследования, результаты которых изложены в диссертационной работе, проводились в рамках следующих научных программ и проектов:

тема "Радиоэкологический мониторинг Черноморского бассейна" (шифр "Альма", номер госрегистрации 0193U024764);

Украинская Национальная программа ликвидации последствий Чернобыльской катастрофы и социальной защиты населения на 1993— 1995 годы и на период до 2000 года, тема "Исследование механизмов формирования и трансформации полей радионуклидов искусственного происхождения в экосистеме приустьевой зоны Днепра и прилегающего шельфа Черного моря" (шифр "Чернобыль", номер госрегистрации 0193U009983);

тема "Разработка теоретических и технологических основ диагностирования и прогнозирования состояния сложных морских систем, управление их ресурсным потенциалом, обеспечения экологе— техногенной безопасности и рекультивации водной среды (на примере Азово-Черноморского бассейна)" (шифр "Регион", номер госрегистрацин 0196U017322);

э проект "Моделирование гидрофизических, гидрохимических и гидробиологических процессов, связанных с развитием и безопасностью морских экосистем шельфовых районов Черного моря" (шифр "Экомодель", номер госрегистрации 0197U014935).

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы являлось получение количественных оценок радиационного загрязнения Черного моря и морей Арктического бассейна с применением метода спектральной реконструкции. Для достижения сформулированной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Развить вариационные методы для получения оптимальных оценок характеристик скалярных океанографических полей по зашумленным данным наблюдений, выполненных на неравномерной сетке и содержащих значительные пространственные пропуски.

  1. Используя данные экспедиционных измерений, реконструировать пространственно-временную изменчивость полей концентраций радиоактивных изотопов Sr, Cs131 и Cs134 в водах Черного моря в период с 1986 по 1994г.

  2. Идентифицировать источники и стоки радиоактивности Черного моря, и оценить их вклад в радиационный баланс вод Черного моря, сформіфовавшийся под влиянием атмосферных выпадений (осень 1986 г.) и в результате вторичного загрязнения Черного моря радионуклидами Чернобыльского происхождения, вынесенными в море речными водами.

  3. Выявить основные тенденции изменения полей радаоактивности воды Черного моря в пост-Чернобыльский период.

  4. Используя данные экспедиционных измерений, восстановить поля концентраций радионуклидов Cs131 и Sr^ в Баренцевом, Карском и Белом морях.

  5. Оценить климатические потоки радиоизотопов, формирующие поля объемной радиоактивности искусственного происхождения в западной части Арктического бассейна: Карском, Баренцевом и Белом морях.

  6. Выяснить степень влияния локальных источников, связанных с затопленными на дне Карского моря контейнерами с радиоактивными отходами, на радиоактивность вод Карского моря.

Научная новизна и практическое значение полученных результатов. В диссертационной работе развито несколько вариационных методов для усвоения данных радиохимических измерений. На основе этих методов восстановлены поля концентраций радионуклидов в различных географических регионах. Развитые методы позволяют эффективно фильтровать ошибки измерений, складывающиеся из погрешностей измерения радиохимических методов и ошибок, связанных с дискретностью расположения радиоэкологических станций (наличие неразрешаемых пространственно-временных масштабов движений). Использование вариационных методов позволило:

дать коренную ревизию существующих оценок интегрального содержания растворенных Cslil и Cs134, попавших в Черное море после Чернобыльской аварии;

реконструировать пространственно-временную изменчивость цезиевых полей в верхнем слое Черного моря в период с 1986 по 1994 гг.;

рассчитать цезиевый баланс для Черноморского бассейна и получить количественные оценки мощности основных источников и стоков этих радионуклидов;

впервые дать климатические оценки интегрального содержания радионуклидов цезия и стронция в водах Карского, Белого и Баренцева морей;

с использованием шпзерсной вариационной модели провести идентифнкацгао (определение расположения и интенсивности) вероятных локальных источников радиоактивного загрязнения Карского моря; показать, что на период середины девяностых годов контейнеры с радиоактивными отходами, затопленные на дне моря, не оказывали существенного влияния на раднащинпгую обстановку в этом географическом регионе; сделать вывод о том, что наибольшее количество радиоактизного стронция выносится в Карское море с водами р. Енисей, а не Обь, как предполагалось ранее;

показать, что формирование полей искусственной радиоактивности беломорской воды происходит под влиянием дзух разнонаправленных процессов: поступления радионуклидов из Баренцева моря через пролив Горло Белого моря и поглощения радиоактивных гоотопов взвешенным веществом с его последующим оседанием на дно моря;

на основе полученных балансовых оценок для Баренцева моря сделать вывод о существовашш локальных источников искусственной радиоактивности на дне моря или в его прибрежной зоне;

показать, что вклад сбросов радиоактивных отходов западноевропейских заводов по переработке ядерного топлива незначителен по сравнению с потоками радионуклидов, выносимых в арктические моря реками Печора, Обь и Енисей.

Использованный в дассертацнонной работе метод спектральной реконструкции может быть применен для восстановления скалярных полей по данным измерений, отличающихся пространственной и временной неоднородностью и содержащих шумы с неизвестными статистическими свойствами.

Полученные новые результаты по оценке характеристик радиоактивного климата Черного, Карского, Баренцева и Белого морей позволяют

- дать оценку степени загрязнения этих морей и идентифицировать
физические механизмы формирования полей изотопов;

- решить пришцшиальный вопрос о соотношении вкладов
западноевропейских стран и собственных радиохимических
производств Российской Федерации в формирование радиоактивного
климата морей Западной Арктики

и создают необходимую информационную основу для предсказания долговременных последствий радтощттаидного загрязнения отдельных регионов бывшего СССР.

Результаты, полученные в рамках диссертационной работы, были использованы в Севастопольском государственном гидрографическом предприятии при выполнении работ по проекту "Формирование системы

управления в сфере навигационно-гидрографического обеспечения мореплавания" для восстановления поверхностного поля температуры Черного моря по данным космических снимков спутника NOAA-11, в Морском гидрофизическом институте НАН Украины при выполнении работ по проекту "Создание системы слежения за долговременными изменениями морской среды, вызванными антропогенными и естественными причинами" (шифр "Прогноз", номер госрегистрации 0194U022993) для реконструкции климатических полей температуры и солености поверхностного слоя Черного моря, а также при вьшолнении работ по проекту "Моделирование гидрофизических, гидрохимических и гадробиологических процессов, связанных с развитием и безопасностью морских экосистем шельфовых районов Черного моря" (шифр "Экомоделъ", номер госрегистрации 0197U014935) для реконструкции климатического аттрактора хлорофилла-а в Черном море.

Личный вклад соискателя. Постановка задачи исследования произведена научным руководителем, развитие математических методов и программного обеспечения выполнено соискателем, обсуждение основных выводов и результатов исследований осуществлено соискателем совместно с научным руководителем.

Апробация результатов диссертации. Результаты исследований, включенные в диссертацию, были представлены на следующих научных конференциях и симпозиумах, которые проводились как в Украине, так и зарубежом:

1. XX General Assembly of the European Geophysical Society, Hamburg,
1995.

2. Conference on Coastal Oceanic and Atmospheric Prediction, 76*
Annual Meeting of the American Meteorological Society, Atlanta, Georgia, 1996.

  1. XXII General Assembly of the European Geophysical Society, Vienna, 1997.

  2. Istanbul International Workshop "Black Sea Fluxes 97", 1997.

5. Международная конференция "Открытое общество",
Всеукраинский комитет поддержки программы ООН по защите окружающей
среды, Севастополь, 1998.

6. IAEE 1999 International Geoscience and Remote Sensing Symposiuir
(IGARSSS99), Hamburg, 1999.

Публикации. Научные результаты диссертации отражены в і публикациях, в том числе в 4 статьях в рецензируемых научных журналах и f трудах научных конференций и симпозиумов.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения четырех разделов, заключения и списка использованных источников. Он;