8.5. ЕСТЕСТВЕННЫЕ РАДИОНУКЛИДЫ В МОРСКИХ ЭКОСИСТЕМАХ

Источником естественных радионуклидов морей и океанов является литосфера: 1) твердый и жидкий сток с континентов; 2) береговая абразия; 3) выщелачивание из донных осадков; 4) осаждение аэрозолей из атмосферы (пыль); 5) осаждение материала вулканических извержений (сравнительно мало и не постоянно). Состав морской воды достаточно стабилен, поэтому и концентрации природных радионуклидов в ней довольно постоянны (табл. 8.7).

208

Таблица 8.7

Концентрация и активность естественных радионуклидов в морской воде
(по Поликарпову, 1990)

Радионуклид Концентрация, г/л Активность, Бк/л   Радионуклид Концентрация, г/л Активность, Бк/л
238U 3,3 · 10-6 3,3 · 10-2   210Po 2 · 10-17 3,3 · 10-3
234U 2 · 10-10 3,3 · 10-2   235U 2 · 10-8 1,7 · 10-3
230Th 1 · 10-12 6,7 · 10-4   231 Ра 5 · 10-14 8,4 · 10-5
226Ra 3 · 10-14 3,3 · 10-3   232Th 5 · 10-9 1,7 · 10-5
222Rn 5 · 10-19 3,3 · 10-3   228Ra 2 · 10-17 1,7 · 10-4
210Pb 5 · 10-15 3,3 · 10-3        

Согласно изотопным исследованиям, в составе морской воды преобладают изотопы урана, наиболее устойчивые в этих условиях. Максимальную активность имеет 234U, а отношение активностей 234U/ 238U постоянно и равно 1,15.

Концентрации естественных радионуклидов в донных осадках зависят как от состава последних, так и от самих радионуклидов. В составе глинистых прибрежных осадков преобладает терригенная компонента, и они во многом отражают области сноса. Среди глубоководных осадков наиболее высокой радиоактивностью отличаются красные глины. Соотношение радионуклидов в осадках существенно отличается от их распределения в воде. По массе преобладает 232Тb, затем 238U, по величине активности на первом месте находятся продукты распада урана: 230Th и 220Ra (табл. 8.8).

Таблица 8.8

Активность природных радионуклидов в глубоководных океанических осадках,
Бк/кг

(Woodhead, 1984)

Тип осадков 238U 234U 230Th 226Ra 235U 232Th
Красная глина 11 - 30 11 - 30 590 - 2400 420 - 1700 0,7 - 1,5 22 - 96
Глобигериновый ил 7,4 7,4 150 85 0,4 13

По общей активности запасов природных радионуклидов, согласно данным МАГАТЭ, на первом месте находится калий (1,6 · 1010 ТБк), а на втором - 238U (5,6 · 107 ТБк) (Тяжелые естественные радионуклиды в биосфере, 1990). Различия в распределении отдельных радионуклидов определяются их геохимическими особенностями в океанической среде.

Уран наиболее устойчив в воде океана. Его концентрация стабильна и составляет в среднем 3 · 10-6 г/л. Отклонения от этой величины наблюдаются лишь в прибрежных зонах за счет разбавления речным стоком. Так, в водах Финского залива концентрация урана снижается до 0,8 · 10-6 г/л (Батурин, 1975). В замкнутых морских бассейнах она возрастает за счет испарения параллельно общей минерализации. В воде океана с рН 7,8 - 8,2 и молярной концентрацией (моль/л): U - 1,43 · 10-8, НСО
-
3

209

2,3 · 10-3, СО
2-
3
- 2,2 · 10-4 наиболее вероятной формой нахождения урана является комплексный ион [UO2(CO3)3]4- (Евсеева, Перельман, Иванов, 1974).

Максимальное осаждение урана происходит на шельфе в процессе диагенеза на органическом веществе, фосфоритах (см. гл. 5). Так, коэффициент распределения между фосфоритами и морской водой весьма высок: 2 000 - 170 000. В то же время у глубоководных глинистых осадков он невелик: до 340 (Искра, Бахуров, 1981). Наблюдается накопление урана и на гидроксидах Fe и Мn в железомарганцевых конкрециях океана. Органическое вещество выступает как сорбент-восстановитель уже после гибели организма.

Накопление урана гидробионтами связано прежде всего с образованием карбонатного скелета. Согласно Г.Н.Батурину (1975), КН в некоторых кораллах достигает 2800. U концентрируется на внешних частях кораллитов, и при их перекристаллизации наблюдаются потери урана. В водорослях U связан прямой корреляционной зависимостью с Са (rU, Ca = +0,77). С органическим углеродом связь отрицательная. В моллюсках U сконцентрирован преимущественно в двух внешних слоях раковин, в мягких тканях его мало. Таким образом, уран не является биогенным элементом. Накопление его морскими организмами происходит в основном при образовании биогенных карбонатов, преимущественно арагонитовой структуры, куда U попадает при разрушении карбонатных комплексов. В растениях U концентрируется производными целлюлозы. В мягких тканях животных организмов он образует уранил-белковые соединения, для костной ткани характерны уранил-фосфатные и уранил-карбонатные соединения. Известны и другие комплексы и хелаты U с органическим веществом (Тяжелые естественные радионуклиды в биосфере, 1990).

Торий, как элемент-гидролизат, слабоустойчив в морской воде в растворенном состоянии. Его концентрация примерно на 3 математических порядка ниже концентрации U (10-9 г/л). Растворимые формы нахождения тория в морской воде не изучены. Предполагают, что те изотопы Th, которые образуются в толще воды в результате радиоактивного распада (234Th, 230Th, 228Th, 227Th), могут входить в карбонатные комплексы типа Th(CO3)
6-
5
. Неустойчивость комплексов в морской воде способствует быстрому их гидролизу. Продукты гидролиза сорбируются коллоидными и взвешенными частицами различного состава и соосаждаются вместе с ними, поэтому радиоактивное равновесие между изотопами урана и их продуктами распада 234Th и 230Th в морской воде всегда сдвинуто в сторону урана. Подсчитано, что время пребывания в морской воде атомов отдачи 234Th не превышает нескольких суток. В водах прибрежных зон с опресненной водой практически весь Th, приносимый реками, находится в составе

210

взвеси. Поступившие со взвесью на дно изотопы тория преобладают над материнскими изотопами урана, в результате чего отношение активностей 230Th/ 234U часто в несколько десятков раз превышает равновесное значение (см. гл. 5). Одним из важных механизмов извлечения изотопов Th из морской воды является соосаждение с Fe и, в меньшей степени, с Мn. Поэтому глубоководные железомарганцевые конкреции (ЖМК) и корки всегда обогащены изотопами Th. По глубине осадков 232Th распределен относительно равномерно, так как он поступает преимущественно с терригенной компонентой. Напротив, 230Th обогащает верхние слои.

Накопление Th гидробионтами достаточно интенсивно (табл. 8.9). Фитопланктон в морском биогенном круговороте веществ является первым звеном в пищевой цепочке. У фитопланктона КН для изотопов Th составляет около 20 000, а у зоопланктона - от 4000 до 8000. У морских водорослей КН тория также достигает 20 000 (Искра, Бахуров, 1981). КН тория у высших животных в 10 раз превышает КН урана.

Таблица 8.9

Средние коэффициенты распределения (осадки) и накопления радиоактивных элементов в морских осадках и гидробионтах
(по Sediment, 1985, из кн.: Тяжелые естественные радионуклиды..., 1990)

Радионуклид Осадки глубоководные ЖМК глубоководные Осадки прибрежные Фитопланктон Макрофиты Зоопланктон Ракообразные Моллюски Головоногие моллюски Рыбы
Рb 3 · 107 2 · 108 2 · 105 7 · 103 1 · 103 1 · 103 1 · 103 1 · 103 7 · 103 2 · 102
Ро 2 · 107 - 2 · 104 7 · 104 1 · 103 3 · 104 5 · 104 1 · 104 3 · 104 2 · 103
Ra 3 · 104 3 · 105 5 · 103 2 · 103 1 · 102 1 · 102 1 · 102 1 · 103 2 · 103 5 · 102
Ас 2 · 106 - 2 · 106 1 · 104 1 · 103 1 · 104 1 · 103 1 · 103 1 · 104 50
Th 5 · 106 1 · 108 2 · 106 2 · 104 2 · 102 1 · 104 1 · 103 1 · 103 2 · 104 6 · 102
Ра 1 · 106 - 1 · 106 1 · 103 1 · 102 1 · 103 10 5 · 102 1 · 103 50
U 5 · 102 1 · 103 1 · 103 20 1 · 102 5 10 30 20 1

Радий в океанической воде менее устойчив, чем уран, но более растворим, чем торий. Иллюстрацией этого может служить отношение 228Th/ 228Ra в морской воде, которое много ниже равновесного значения (единицы): 0,2 - 0,002. Концентрация Ra в морской воде довольно стабильна и составляет 10-15 г/л. Это в 10 - 100 раз ниже равновесной с ураном величины. Ra находится в воде в виде иона Ra2+. Однако физико-химические условия морской среды благоприятны для образования радиоколлоидов Ra, поэтому в толще морской воды концентрация Ra увеличивается сверху вниз за счет соосаждения со взвесью (от 0,4 до 2,9 · 10-15 г/л). Обогащение 226Ra относительно 234U отмечено и в ЖМК.

211

Накопление изотопов радия гидробионтами изучено недостаточно. У фитопланктона отмечены величины КН в среднем около 2000, а у зоопланктона - порядка 100. Для водорослей Баренцева моря были определены КН, также близкие к 100 (на сырую массу). Наблюдается некоторая связь с карбонатностью.

Концентрация 222Rn в морской воде ниже, чем в континентальных водах, в связи с существенно более низким содержанием материнского 226Ra. Она равна около 1 Бк/м3 (Тяжелые естественные радионуклиды..., 1990). Так как концентрация радия в толще воды возрастает сверху вниз, то предполагают, что максимум в распределении радона приходится на придонные воды.

210Pb, 210Po находятся в морской воде в крайне низких концентрациях, соответствующих активности материнского 222Rn (см. табл. 8.7). Предполагают, что Ро находится в воде в формах РоО
2-
3
или РоО(ОН)
0
2
, а 210Рb - в формах Рb2+, РbОН+, РbСl+ (Тяжелые естественные радионуклиды..., 1990). Однако скорее всего эти радионуклиды находятся в форме радиоколлоидов, так как интенсивно увлекаются на дно взвесью. Помимо образования из 226Ra, растворенного в морской воде, значительная их часть поступает на поверхность океана из атмосферы в форме аэрозолей. Поэтому в донных осадках максимально высокие концентрации 210Ро и 210Рb приурочены к самому верхнему слою. С глубиной их активность уменьшается за счет радиоактивного распада "неподкрепленного" радием избытка радионуклидов атмосферного происхождения (см. гл. 5).

Свинец и особенно полоний интенсивно накапливаются морскими организмами. Накопление Ро скорее всего связано с сорбционными процессами и определяется в целом площадью сорбционной поверхности. Так, у планктона величины КН для 210Ро достигают 50 000, а для 210Рb - 1000. Для красной водоросли КН полония снижается до 1000, а для коричневой водоросли - до 100. КН в мякоти морских рыб для 210Ро составляет всего 20 - 500, а в костях - 1000 - 10000. Для 210Рb величины КН существенно ниже: 4 - 40 в мякоти и 180 - 2600 в костях (Искра, Бахуров, 1981). Таким образом, Ро накапливается морскими организмами лучше, чем Рb. Об этом можно судить по величинам отношения активностей 210Ро/ 210Рb, которое в морской воде равно 0,5, а в морских организмах всегда больше 1 и может достигать 10. В организмах рыб основная часть Ро сосредоточена в печени, а Рb и Ra - в костях. 210Ро в костях рыб накапливается из 210Рb (Тяжелые естественные радионуклиды..., 1990).

Средние значения КН и коэффициентов распределения в морских осадках и гидробионтах для различных радиоактивных элементов представлены в табл. 8.9.

212



Купить BlueTooth гарнитуру

Яндекс цитирования Rambler's Top100
Tikva.Ru © 2006. All Rights Reserved