Земная кора с самого начала своего образования содержит естественные радиоактивные элементы, создающие естественный радиационный фон. Вклад радона в формирование дозы облучения человека в процессе его жизни от естественных источников оценивается в 54 % [1]. Радон – бесцветный инертный газ; радиоактивен. Наиболее стабильный изотоп (222Rn) имеет период полураспада 3,8 суток. Входит в состав радиоактивных рядов 238U, 235U и 232Th. Ядра радона постоянно возникают в природе при радиоактивном распаде материнских ядер. Ввиду химической инертности радон относительно легко покидает кристаллическую решётку «родительского» минерала и попадает в подземные воды, природные газы и воздух. Негативный эффект от облучения радоном связан с индуцированием рака легкого и преждевременной смертью от этого заболевания [2]. В приземном слое атмосферы влияние радона и его продуктов распада на здоровье населения значительно, поскольку основным источником их выделения является почва. Величиной, характеризующей радоновую опасность грунта, является плотность потока радона (ППР), она указывает на интенсивность выхода газа на земную поверхность [3, 4]. Многочисленные исследования почвенного радона указывают на то, что величина его параметров, прежде всего, зависит от геологической обстановки, так, граниты, в которых много урана, являются активными источниками радона. На концентрацию газа оказывают влияние и иные характеристики почв, такие как гранулометрический состав, пористость, плотность, влажность и т.д. [1].
Город Тобольск находится на стыке трех геоморфологических структур Западно-Сибирской низменности: Тобольского материка, Кондинской и Среднеиртышской низменностей. Исследованные территории принадлежат центральной части Западно-Сибирской равнины, которая характеризуется почти плоским рельефом. Незначительная амплитуда тектонических подвижек послужила причиной низменного гипсометрического статуса равнины. Тобольский материк – это приподнятая по отношению к окружающей её территории равнина, имеющая общий региональный уклон на север, в сторону р. Иртыш повсеместно заканчивается обрывом высотой 40–60 м, над уровнем реки, рассечена правыми притоками Иртыша, наиболее крупные – Демьянка и Туртас. На большей части равнина плоская, что замедляет сброс воды, междуречья плохо дренированы и сильно заболочены [5]. Левый берег р. Иртыш подзоны южной тайги занимают смыкающиеся между собой низменности – Среднеиртышская и Кондинская. Они схожи между собой по строению и представлены современной поймой, низкими надпойменными террасами и пониженными равнинами. Более низкое положение занимает Кондинская. Обе равнины плоские, имеют небольшой региональный уклон в сторону р. Иртыш, отсюда сброс воды реками очень затруднен. Эрозийная сеть здесь практически отсутствует. Степень заболоченности равнин значительно выше, чем на Тобольском материке, особенно в Кондинской низменности [5].
При сравнении степени радоноопасности территорий, помимо геологической обстановки наиболее значимыми являются физические свойства почвы, которые определяют способность радона высвобождаться на поверхность. Ввиду своей инертности атомы радона не вступают в химическое взаимодействие с элементами почвы, но способны адсорбироваться на глинистых частицах, хорошо растворяются в воде. Эксхаляция (выделение) радона из почвы осуществляется двумя путями: за счет отдачи и за счет диффузии. Поступление радона в поры почвы за счет эффекта отдачи определяется энергией распада материнского нуклида, величиной площади внутренней поверхности пор, развитостью рельефа пор и влагонасыщенностью пор почвы. Эксхаляция за счет диффузии осуществляется путем миграции радона по веществу почвы и диффузией по порам [6].
Цель исследования: сравнение степени радоноопасности территорий трех геоморфологических структур Западно-Сибирской низменности: Кондинская низменность, Тобольский материк, Среднеиртышская низменность.
Материалы и методы исследования
В рамках исследования проведено определение плотности потока радона с поверхности почвы и на глубине 0,2; 04; 0,6; 0,8; 1 м в 24 точках, расположенных в пойме магистральных рек – Иртыш и Тобол в границах Тобольского, Вагайского и Ярковского районов Тюменской области. Исследованная территория принадлежит трем геоморфологическим структурам Западно-Сибирской низменности: Кондинская низменность (точки 1–2), Тобольский материк (точки 3–12), Среднеиртышская низменность (точки 13–24) (рис. 1).
Рис. 1. Районы исследования плотности потока радона в почве на глубине 0–1 м:
Границы геоморфологических районов (по Л.Н. Каретину) [5]
Точки определения плотности потока радона
Измерения плотности потока радона в почвах выполнены комплексом для мониторинга радона «КАМЕРА-01» в соответствии с руководством пользователя и МУ 2.6.1.038-2015 «Оценка потенциальной радоноопасности земельных участков под строительство жилых, общественных и производственных зданий».
Исследования проводились в период с 25 июня по 12 июля 2018 г. при отсутствии атмосферных осадков, температура воздуха 23–30 °С, атмосферное давление 746–761 мм рт. ст., время экспозиции не менее 3 ч. Методологические основы изучения плотности потока радона заключаются в прямом измерении посредством поверенных средств измерений – комплексов измерительных по мониторингу радона, как в России, так и за рубежом [1, 3]. Самыми информативными для решения задач радонового контроля являются глубины до 1 м [7]. Общее количество измерений Q в почвах – 447. Географические координаты исследуемых точек определены навигатором GPSMAP 62s. Гранулометрический состав исследуемых почв определен по методу Рутковского, их классификация – по Н.А. Качинскому Статистический анализ проведен в программе EXCEL.
Результаты исследования и их обсуждения
На всей исследованной территории значения ППР уменьшаются от глубины 100–60 см к поверхности почвы (рис. 2). Максимальные значения отмечены на Тобольском материке в легких суглинках на глубине 1 м – 609 мБк/м2·с, на Среднеиртышской низменности на глубине 1 м – 729 мБк/ м2·с в тяжелых суглинках. Это обусловлено тем, что суглинистые почвы обладают большей плотностью и высокими сорбционными свойствами, что препятствует выходу газа на поверхность почвы. На меньших глубинах радон рассеивается в атмосферном воздухе [1]. На поверхности почвы во всех точках измерений ППР не превышает 80 мБк/ м2·с, что соответствует первому классу радоноопасности в соответствии с ОСПОРБ 99/2010.
Рис. 2. Плотность потока радона в почвах на глубине до 1 м в пределах трех геоморфологических структур Западно-Сибирской низменности: Кондинская низменность (точки № 1–2), Тобольский материк (точки № 3–12), Среднеиртышская низменность (точки № 13–24)
Почвообразующими породами исследуемых геоморфологических структур являются поверхностные отложения четвертичных пород единого генезиса и условий залегания. В целом это преимущественно озерно-аллювиальные отложения. После их формирования поверхностная часть претерпела изменения под воздействием геологических и климатических факторов [5]. Свойства этих пород имеют довольно строгую зависимость от высотного уровня [5], что подтверждают результаты исследования. Почвы Кондинской низменности в большинстве представляют супеси и легкие и средние суглинки (таблица). Тобольский материк и Среднеиртышская низменность характеризуются суглинистыми почвами (легкими, средними и тяжелыми суглинками). В супесчаных почвах, а также легких, средних и тяжелых суглинках ППР распределена следующим образом: Тобольский материк > Среднеиртышская низменность > Кондинская низменность (рис. 3). Кондинская низменность занимает наиболее низкое положение на высотном уровне и наиболее других заболочена.
Процентное соотношение проб почв по гранулометрическому составу отобранных по профилю в пределах трех геоморфологических структур Западно-Сибирской низменности: Кондинской низменности, Тобольского материка, Среднеиртышской низменности ( %)
|
Гранулометрический состав почвы, % |
Геоморфологические структуры Западно-Сибирской низменности |
||
|
Кондинская низменность |
Тобольский материк |
Среднеиртышская низменность |
|
|
Песок |
0 |
11 |
14 |
|
Супесь |
40 |
12 |
10 |
|
Легкий суглинок |
27 |
28 |
21 |
|
Средний суглинок |
33 |
23 |
25 |
|
Тяжелый суглинок |
0 |
26 |
30 |
Рис. 3. Среднее значение плотности потока радона, мБк/(м2·с) в почвах различного гранулометрического состава в пределах трех геоморфологических структур Западно-Сибирской низменности: Кондинская низменность, Тобольский материк, Среднеиртышская низменность
Полученные в ходе исследования данные лежат в одном числовом диапазоне и не имеют ярко выраженных различий, что обусловлено схожестью рельефа и геологического строения исследуемых геоморфологических структур, а также незначительной амплитудой тектонических подвижек. Высокие показатели ППР на глубине до 100 см свидетельствуют о наличии «материнских» минералов в грунтах [1]. Уменьшение концентрации радона к поверхности почв можно объяснить его адсорбцией глинистыми частицами, растворением в грунтовых водах и частичным рассеиванием в атмосферном воздухе [1].
Заключение
Сравнивая ППР в почвах различного гранулометрического состава в пределах трех геоморфологических структур Западно-Сибирской низменности, можно сделать вывод, что наибольшим средним значением ППР отличаются почвы Тобольского материка (супесь, легкие, средние и тяжелые суглинки). В песчаных пробах среднее значение ППР выше на Среднеиртышской низменности. На всех исследованных территориях величина ППР уменьшается от глубины к поверхности почвы и на поверхности не превышает 80 мБк/м2·с, что соответствует первому классу радоноопасности.