11.4. ИСКУССТВЕННЫЕ РАДИОНУКЛИДЫ
В ПРЕСНОВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ

Искусственные радионуклиды, поступающие в реки и озера в результате атмосферных выпадений, не изменяют состав среды в отличие от сбрасываемых жидких отходов. Дальнейшая судьба радионуклидов во многом зависит от растворимости аэрозолей и

252

частиц, в составе которых они поступают, а также от геохимических особенностей самих радионуклидов. Радионуклиды могут присутствовать в речной и озерной воде в самых различных формах и состояниях. Однако, как правило, основная часть их переносится реками в составе взвеси.

В истинно растворенном состоянии могут находиться радионуклиды стронция в форме ионов Sr²⁺, гидратированные ионы Cs⁺, технеций в форме аниона ТсО

-

4

, тритий в составе молекулы воды НТО, ¹⁴С в разнообразных неорганических и органических формах, соединения йода. Возможно, в растворе могут в небольшой доле от общего количества присутствовать анионы рутения RuO

2-

4

и комплексные катионы окисленной формы плутония РиО

+

2

. Рu (IV) обычно встречается в коллоидной форме, в составе комплексных соединений с гумусовым веществом.

В связи с большим сродством к взвеси основная часть Рu будет находиться в ее составе. Суммарное содержание Рu в воде является функцией концентрации взвеси. При этом более половины Рu, поступившего в реки с выбросами предприятий, попадает на дно в результате седиментации уже в пределах 10 км (Пути миграции искусственных радионуклидов в окружающей среде, 1999). Синхронное уменьшение концентраций различных по химическим свойствам радионуклидов по мере удаления от загрязненного участка в результате извлечения взвесью из речной воды свидетельствует об одинаковых сорбционных механизмах их перехода в твердую фазу. Концентрация радионуклидов в осадке зависит от удельной поверхности его частиц, поэтому максимальные ее величины отмечаются в наиболее тонкой фракции. Более устойчивы в растворе изотопы Sr. Так, после Чернобыльской аварии из общего количества загрязнявших Днепр радионуклидов в растворенном состоянии перемещалось: ¹³⁷Cs до 30%, ⁹⁰Sr 95% и Рu менее 3% (Чернобыль..., 1990). Вторичный смыв с загрязненной территории, приводивший к повторному загрязнению рек, также был в основном связан с твердой фазой. Коэффициент жидкого стока с водосборной площади в районе ЧАЭС для ¹³⁷Cs составлял всего 0,001 - 0,1%, а для ⁹⁰Sr был существенно выше: 2 - 20%. При этом коэффициент распределения K_d вода - донные осадки для ¹³⁷Cs достигал 15 600, а для ⁹⁰Sr - всего лишь 580 (Принципы и методы ландшафтно-геохимических исследований..., 1989). Вынос с залесенных водосборов оказался минимальным. Смыв растворенных форм Ru и даже Се был выше, чем Cs.

Формы нахождения радионуклидов в донных осадках определяются их химической природой. Наиболее прочно связан с глинистой фракцией осадков Cs, который сначала фиксируется поверхностью

253

частиц по механизму адсорбции, а затем проникает внутрь, замещая К в структуре глинистых минералов. ¹³⁷Cs используют в качестве трассера для определения скорости седиментации в озерах. Изотопы Рu и Ru, а также ⁶⁰Со главным образом связаны с гидроксидными железомарганцевыми пленками-гелями (рубашками) на минеральных зернах. Для Со геохимическая связь с оксидами Мn хорошо известна. ⁹⁰Sr ведет себя в осадках, как обменный катион, хотя некоторая его часть необменно связывается в гидроксидных пленках (Павлоцкая, 1974). Адсорбция Рu на природных взвесях идет преимущественно через восстановленное состояние (IV, III). При этом в качестве восстановителя, видимо, выступает коллоидное органическое вещество. Am и Cm, так же как и Рu, связываются в комплексы с коллоидным органическим веществом, в составе которого и находятся в пресных водах.

Судьбу и поведение искусственных радионуклидов, имеющих несколько степеней окисления, определяют окислительно-восстановительные реакции на границе вода - осадок. Особенно заметна их роль в озерах. В окислительных условиях возможность существования анионов йода (I^-, IO

-

3

) и рутения (RuO

2-

4

) позволяет объяснить низкую адсорбционную способность их радионуклидов и высокую подвижность, так как природные взвешенные частицы обыкновенно имеют отрицательно заряженные поверхности. Кроме непосредственного влияния окислительно-восстановительных реакций на изменение форм нахождения радионуклидов в осадке и их подвижность большое значение имеет косвенное воздействие этих реакций на сам осадок. Так, окислительное разрушение органического вещества различными окислителями может приводить к высвобождению радионуклидов, находящихся в его составе. Другим примером может служить восстановительное растворение гидроксидов Fe и переход в раствор связанных с ними радионуклидов. В иловых и придонных водах озер с высокой сезонной биопродуктивностью в восстановительных условиях наблюдалось вытеснение ¹³⁷Cs ионом NH

+

4

на оборванных гранях кристаллической решетки глинистых минералов. Этим можно было объяснить сезонное повышение концентрации в воде цезия, не подверженного воздействию окислительно-восстановительных реакций (Пути миграции..., 1999).

Загрязнение подземных вод радионуклидами происходит как за счет инфильтрации поверхностных вод, так и при закачке жидких отходов в водоносные горизонты. Движение некоторых радионуклидов (¹³⁷Cs, ⁹⁰Sr, Pu) существенно замедляется процессами адсорбции, химического осаждения и ионного обмена. Другие радионуклиды (³Н, Тс, ¹²⁹I, Ru, Те) задерживаются фунтом сравнительно слабо и просачиваются в грунтовые воды. Тритий,

254

находящийся в составе загрязнения, используется в качестве геохимического трассера, так как скорость движения растворенных радионуклидов близка к скорости движения подземного потока.

Накопление искусственных радионуклидов пресноводными рыбами изучалось достаточно подробно, особенно после Чернобыльской аварии. Выяснилось, что для пресноводных систем расчет коэффициентов накопления по отношению к воде не всегда корректен, так как радионуклиды поступают в организмы рыб не только непосредственно из воды, но и по разнообразным пищевым цепочкам. Было показано, что в Швеции и Норвегии после Чернобыльской аварии концентрация радиоцезия в озерной рыбе оказалась тесно связана с его концентрацией в донных осадках (Пути миграции..., 1999). При этом сначала было зафиксировано загрязнение бентосных рыб, а затем хищных. С точки зрения попадания радионуклидов в организмы людей с рыбой радионуклиды цезия более опасны, чем радионуклиды стронция, так как Sr накапливается в костях, a Cs - в мышцах, которые и идут в пищу.

255