Научный журнал

Успехи современного естествознания

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,976

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Лапиков П. И. 1 Яковлев Е. Ю. 1

---

1 Федеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики имени академика Н. П. Лаверова Уральского отделения Российской академии наук

В работе представлены результаты оценки содержания природных радионуклидов в почвах дельты реки Северная Двина – ключевого арктического региона России с высокой антропогенной нагрузкой. Цель исследования – оценка содержания радионуклидов в почвах дельты реки Северная Двина и анализ их пространственного распределения (на примере ¹³⁷Cs, ²²⁶Ra, ²³²Th, ⁴⁰K). Пробы отобраны в 17 точках, охватывающих основные геоморфологические элементы дельты и прилегающих территорий, из слоёв 0–5 и 5–10 см. Измерения выполнены методом полупроводниковой гамма-спектрометрии на низкофоновом оборудовании ORTEC. Установлено, что удельная активность ¹³⁷Cs в верхнем слое варьирует от 1,4 до 131 Бк/кг, что значительно расширяет известный ранее диапазон и свидетельствует о выраженной пространственной неоднородности. Выявлены два основных типа вертикального распределения ¹³⁷Cs: поверхностно-аккумулятивный (70% разрезов) и инверсионный (30% разрезов). Максимальные запасы ¹³⁷Cs (до 9,05 кБк/м²) приурочены к глеевым подзолам. Содержание природных радионуклидов не превышает среднемировых фоновых значений, что позволяет характеризовать территорию как зону с нормальным радиационным фоном. Полученные данные восполняют пробел в мониторинге радиационного состояния арктических дельтовых экосистем и могут быть использованы для разработки природоохранных мероприятий.

Статья в формате PDF

2027 KB

радионуклиды

почвы

дельта Северной Двины

цезий-137

Арктика

глобальные выпадения

радиационная безопасность

пространственное распределение

1. Наквасина Е. Н., Паринова Т. А., Копылова М. В. Почвы лугов островной поймы Северной Двины // Вестник КрасГАУ. 2012. № 11. С. 54-60. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/pochvy-lugov-ostrovnoy-poymy-severnoy-dviny (дата обращения: 31.03.2026).

2. Климовский Н. В., Чернова В. Г., Петракова И. В., Новоселов А. П. Аккумуляция загрязняющих веществ донными отложениями в Двинском заливе Белого моря // Вода: химия и экология. 2017. № 10 (112). С. 3–10. EDN: YUUIYM. URL: https://www.elibrary .ru/item.asp?id=3273 8901 (дата обращения: 31.03.2026).

3. Лещeв А. В. Влияние судоходного канала порта Архангельск на перенос взвешенных веществ в зоне смешения «река-море» устья реки Северной Двины // Проблемы региональной экологии. 2018. № 2. С. 17–21. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vliyanie-sudohodnogo-kanala-porta-arhangelsk-na-perenos-vzveshennyh-veschestv-v-zone-smesheniya-reka-more-ustya-reki-severnoy-dviny/viewer (дата обращения: 31.03.2026).

4. Котова Е. И., Коробов В. Б., Шевченко В. П., Иглин С. М. Экологическая ситуация в устьевой области реки Северной Двины (Белое море) // Успехи современного естествознания. 2020. № 5. С. 121–129. URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=37402 (дата обращения: 31.03.2026). DOI: 10.17513/use.37402.

5. Неверова Н. В., Чупаков А. В. Оценка загрязнения устьевой области реки Северной Двины методом расчёта фоновых концентраций (Fe, Mn, Zn, Cu, Cd, Pb, Ni) // Морской биологический журнал. 2021. Т. 6. № 4. С. 51-67. DOI: 10.21072/mbj.2021.06.4.05. EDN: IXVZLN. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=47286178 (дата обращения: 31.03.2026).

6. Красницкий В. М., Бобренко И. А., Шмидт А. Г., Матвейчик О. А. Агроэкологический мониторинг почв на правом берегу Иртыша лесостепной зоны Омской области // Плодородие. 2016. № 3 (90). С. 33–37. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/agroekologicheskiy-monitoring-pochv-na-pravom-beregu-irtysha-lesostepnoy-zony-omskoy-oblasti (дата обращения: 31.03.2026).

7. Kriauciunas V., Iglovsky S., Bazhenov A., Kuznetsova I., Shakhova E., Druzhinin S. ¹³⁴Cs, ¹³⁷Cs, ⁴⁰K, ²³²Th, ²²⁶Ra in bottom sediments of the Dvina Bay on the White Sea (the Suhoe Sea Gulf) // Arctic Environmental Research. 2018. Vol. 18. № 4. P. 148–154. DOI: 10.3897/issn2541-8416.2018.18.4.148. URL: https://aer.pensoft.net/article/31853/ (дата обращения: 31.03.2026).

8. Баженов А. В., Кряучюнас В. В., Игловский С. А. Результаты исследования цезия-137 в почвах окрестностей городских агломераций Архангельска, Северодвинска и Новодвинска // Успехи современного естествознания. 2018. № 10. С. 90-95. URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=36888 (дата обращения: 07.03.2026). EDN: YLXXZZ.

9. Аникина Н. А., Крышев А. И. Расчет обобщенных показателей радиационно-экологического риска для районов Баренцева и Карского морей, подверженных воздействию ядерно и радиационно опасных объектов // Вестник РУДН. Серия: Экология и безопасность жизнедеятельности. 2024. Т. 32. № 3. С. 274–285. DOI: 10.22363/2313-2310-2024-32-3-274-285. URL: https://journals.rudn.ru/ecology/article/view/41275 (дата обращения: 31.03.2026).

10. IAEA. Environmental Consequences of the Chernobyl Accident and Their Remediation: Twenty Years of Experience. Vienna: International Atomic Energy Agency, 2006. URL: https://www.iaea.org/publications/7382/environmental-consequences-of-the-chernobyl-accident-and-their-remediation-twenty-years-of-experience (дата обращения: 31.03.2026).

11. Лурье А. А., Кубасова М. С. Современное состояние содержания ¹³⁷Cs в компонентах лесных биоценозов Архангельской области // АНРИ. 2015. № 1(80). С. 41–47. EDN: TJLCOT. URL: https:// www.elibrary.ru /item.asp?id =23005400 (дата обращения: 31.03.2026).

12. Лапиков П. И., Яковлев Е. Ю., Лапикова А. Т. Оценка содержания естественных и техногенных радионуклидов в почвах дельты реки Северная Двина (на примере острова Ягры) // Успехи современного естествознания. 2025. № 1. С. 43–49. DOI: 10.17513/use.38369. URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=38369 (дата обращения: 31.03.2026).

13. Гордеев В. В., Коченкова А. И., Лохов А. С., Яковлев А. Е., Белоруков С. К., Федулов В. Ю. Сезонные и межгодовые вариации концентраций и стоков растворенных и взвешенных форм органического углерода, железа и марганца Северной Двины в Белое море // Океанология. 2021. № 1 Т. 61. С. 41-55. URL: https://elibrary.ru/item.asp?doi=10.31857/S0030157421010068 (дата обращения: 31.03.2026).

14. Министерство природных ресурсов и экологии Архангельской области. Доклад «Состояние и охрана окружающей среды Архангельской области за 2024 год». Архангельск, 2025. 555 с. URL: https://eco29.ru/informatsionnye-resursy-/ekologiya-oblasti/2024/ (дата обращения: 31.03.2026).

15. Коробов В. Б., Шевченко В. П., Котова Е. И. Нерешенные задачи исследования устьевой области Северной Двины // Океанологические исследования. 2022. Т. 50. № 2. С. 125-138. DOI: 10.29006/1564-2291.JOR-2022.50(2).6. EDN: RBHEBY. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=49622488 (дата обращения: 31.03.2026).

Введение

Почвы арктических территорий выполняют важнейшую биосферную функцию, выступая естественным накопителем поллютантов и регулятором климатической системы. Оценка их состояния, включая уровень накопления загрязняющих веществ, является элементом глобального мониторинга. Дельта Северной Двины – ключевой регион Российской Арктики с высокой антропогенной нагрузкой: здесь расположена крупнейшая в западном секторе Арктики городская агломерация и промышленные кластеры. Хрупкие экосистемы дельты испытывают хроническое техногенное воздействие, последствия которого изучены недостаточно.

Почвы, сформированные на аллювиальных отложениях, характеризуются высокой пространственной неоднородностью и специфическими условиями гумусообразования [1]. Они выступают основным накопителем загрязняющих веществ, включая радионуклиды. В отличие от хорошо изученных для дельты Северной Двины тяжёлых металлов [2-4], радиоактивное загрязнение почв дельты исследовано фрагментарно. Отдельные аспекты загрязнения тяжёлыми металлами рассмотрены также в работах [5; 6]. Радиационная обстановка определяется природной радиоактивностью пород и техногенными радионуклидами глобального происхождения [7; 8].

Техногенный ¹³⁷Cs является информативным трассером почвенных процессов и основным дозообразующим радионуклидом. Его поступление связано с глобальными выпадениями от испытаний ядерного оружия и аварий на АЭС [9; 10]. В почвенном профиле ¹³⁷Cs закрепляется в верхних гумусовых горизонтах, что позволяет использовать его как индикатор эрозионно-аккумуляционных процессов [11].

Современные систематические данные о распределении радионуклидов в почвах дельты отсутствуют [7; 12]. Существуют данные, получаемые в ходе мониторинга государственными органами, но они могут иметь ведомственный характер на первичном этапе их получения [13]. Экологическая значимость дельты и важность ее исследования подтверждается ее функцией маргинального фильтра [14].

Цель данного исследования – оценка содержания радионуклидов в почвах дельты реки Северная Двина (на примере ¹³⁷Cs, ²²⁶Ra, ²³²Th, ⁴⁰K).

В задачи исследование входило:

− определение удельной активности радионуклидов в слоях 0–5 и 5–10 см,

− анализ их пространственного распределения,

− оценка радиоэкологической значимости.

Материалы и методы исследования

Отбор проб проведён в 17 точках в пределах дельты Северной Двины в радиусе 30 км методом конверта (рис. 1). В каждой точке отобраны пробы из слоёв 0-5 и 5-10 см. Типы почв определены по классификации почв России (2004). Координаты точек приведены в таблице 1.

Рис. 1. Карта-схема расположения точек отбора проб почв в дельте реки Северная Двина Примечание: составлено авторами по результатам данного исследования

Таблица 1

Координаты и даты отбора проб почв

Примечание: составлено авторами на основе полученных данных в ходе исследования.

Пробы высушены при 105 °C и гомогенизированы. Удельную активность определяли на низкофоновом полупроводниковом гамма-спектрометре ORTEC (HPGe). Идентификацию проводили по гамма-линиям: ⁴⁰K – 1460,8 кэВ, ²²⁶Ra – по линиям ²¹⁴Pb (351,9 кэВ) и ²¹⁴Bi (609,3 кэВ), ²³²Th – по линиям ²²⁸Ac (911,2 кэВ) и ²¹²Pb (238,6 кэВ), ¹³⁷Cs – 661,7 кэВ. Минимально детектируемые активности: ⁴⁰K – 1,0 Бк, ²²⁶Ra – 0,2 Бк, ²³²Th -0,3 Бк, ¹³⁷Cs – 0,1 Бк.

Обработка данных выполнена в R и Microsoft Office, картирование – в QGIS 3.44.3.

Результаты исследования и их обсуждение

Сеть пробоотбора охватывает основные геоморфологические элементы дельты и прилегающие территории. Полные данные по удельной активности и плотности поверхностного загрязнения приведены в таблице 2.

Таблица 2

Удельная активность (Бк/кг) и плотность загрязнения (кБк/м²) ¹³⁷Cs, ⁴⁰K, ²³²Th, ²²⁶Ra

Примечание: O – органогенный горизонт, T – торфяной, AY – серогумусовый, AYpa – агрогумусовый, AYg – серогумусовый с оглеением, E – элювиальный, Eg – элювиальный с оглеением, BF – альфегумусовый, BFH – альфегумусовый с повышенным гумусом, BH – иллювиально-гумусовый, BHg – с оглеением, B – переходный, C – порода, Cg – порода с оглеением, C͠ – слоистая аллювиальная, G – глеевый, CG͠ – слоистая порода с оглеением, g – признак оглеения, pa – пахотный, ~ – слоистость. Составлено авторами на основе полученных данных в ходе исследования.

Природные радионуклиды (⁴⁰K, ²³²Th, ²²⁶Ra) в 60% разрезов не имеют статистически значимых различий между горизонтами, что характерно для почв с однородной минеральной толщей. В подзолах их содержание в слое 5–10 см может в 2–5 раз превышать верхний слой вследствие иллювиального процесса.

Удельная активность ¹³⁷Cs в слое 0–5 см варьирует от 1,4 до 131 Бк/кг, что значительно расширяет известный ранее диапазон (0,14–24 Бк/кг для острова Ягры [12; 15]). Аномалии в точках CIP-6 (131 Бк/кг) и КР-2 (115 Бк/кг) более чем в 5 раз превышают максимальные уровни, отмеченные ранее, что указывает на роль локальных условий аккумуляции (глеевые процессы, органогенные горизонты).

Для 70% точек характерно убывание ¹³⁷Cs с глубиной (коэффициент снижения 1,5–5). В 30% проб зафиксирована инверсия профиля (CIP-5, КР-2, CIP-3), связанная с наличием сорбционного горизонта или литологической неоднородностью.

Подзолистые почвы (CIP-1, CIP-5, CIP-6, КР-1, КР-2) имеют максимальную вариабельность ¹³⁷Cs (3,5–181 Бк/кг суммарно) и минимальные уровни природных радионуклидов. В автоморфных подзолах ¹³⁷Cs накапливается в верхнем горизонте, в глеевых – в органогенных и иллювиальных горизонтах.

Сравнительный график активности ¹³⁷Cs представлен на рисунке 2.

Подзолистые почвы (CIP-1, CIP-5, CIP-6, КР-1, КР-2) имеют максимальную вариабельность ¹³⁷Cs (3,5-181 Бк/кг суммарно) и минимальные уровни природных радионуклидов. В автоморфных подзолах ¹³⁷Cs накапливается в верхнем горизонте, в глеевых – в органогенных и иллювиальных горизонтах.

Агрогумусовые почвы (PCD-3, PCD-7) имеют чёткую стратификацию: слой 0–5 см обогащён радионуклидами относительно слоя 5–10 см.

Торфяно-глеевая почва (CIP-3) демонстрирует инверсию ¹³⁷Cs при однородном распределении природных радионуклидов – маркер сорбционного барьера.

Матрица корреляций Пирсона (рис. 3) показывает сильную связь между ²³²Th и ²²⁶Ra (r = 0,93), подтверждая их общее происхождение из минералов. ⁴⁰K коррелирует с торием (r = 0,57) и радием (r = 0,41). ¹³⁷Cs не имеет значимых связей с природными радионуклидами (r ≈ -0,03…-0,08), что указывает на независимость его распределения.

Сравнение с данными UNSCEAR показало, что уровни природных радионуклидов не превышают глобального фона: средние значения ⁴⁰K – 415 Бк/кг, ²³²Th – 18,4 Бк/кг, ²²⁶Ra – 17,9 Бк/кг, что соответствует нижней границе глобального фона. Это подтверждает отсутствие техногенного обогащения почв природными радионуклидами.

Рис. 2. Вертикальное распределение удельной активности ¹³⁷Cs в почвенных профилях основных генетических типов почв дельты Примечание: составлено авторами на основе полученных данных в ходе исследования

Рис. 3. Матрица коэффициентов корреляции Пирсона между удельными активностями радионуклидов в почвах дельты Северной Двины Примечание: составлено авторами на основе полученных данных в ходе исследования

Выводы

1. Удельная активность ¹³⁷Cs в слое 0-5 см варьирует от 1,4 до 131 Бк/кг, что значительно выше ранее известных значений (0,14-24 Бк/кг).

2. Максимальные запасы ¹³⁷Cs (до 9,05 кБк/м²) приурочены к глеевым подзолам. В гидроморфных почвах активность цезия-137 в 5-50 раз выше, чем в автоморфных.

3. Выявлены два типа вертикального распределения ¹³⁷Cs: поверхностно-аккумулятивный (70%) и инверсионный (30%), связанный с иллювиальными процессами и сорбционными барьерами.

4. Средние значения ²²⁶Ra (17,9 Бк/кг) и ²³²Th (18,4 Бк/кг) соответствуют нижней границе глобального фона, территория характеризуется нормальным радиационным фоном.

Полученные результаты имеют прямое практическое значение для организации системы радиоэкологического мониторинга в дельте реки Северная Двина. Результаты исследования могут быть использованы: территориальными органами Росгидромета и Роспотребнадзора; природоохранными организациями Архангельской области; научными учреждениями при создании региональных баз данных фонового содержания радионуклидов.

Библиографическая ссылка