Ненецкий автономный округ (НАО) – уникальный по своему богатому природно-ресурсному потенциалу регион, территория которого обладает ранимой, крайне чувствительной и трудно (медленно) восстанавливающейся экосистемой. И, несмотря на суровые природно-климатические условия и сложность пребывания населения в них, хозяйственная деятельность, которая ведется в данном регионе (особенно выделяется восточная часть НАО в силу интенсивного развития нефтегазодобывающей отрасли), а также на всей территории Северо-Западного федерального округа (СЗФО), оставила заметный экологический след. При этом особое внимание следует обратить на радиоэкологическую обстановку в регионе как минимум потому, что ее изученность находится на крайне низком уровне.
Достаточно широко известно, что во многих нефтедобывающих регионах России и всего мира при добыче и подготовке углеводородов происходят образование и накопление осадков с повышенным содержанием радионуклидов естественного происхождения. Поступление их в окружающую среду возможно за счет следующих процессов: выщелачивания (вымывания) изотопов радия и продуктов их распада из осадков; выделения из них радона и радиоактивных аэрозолей; механического переноса частиц [1]. Радиоактивные вещества накапливаются во внутренних полостях оборудования в форме солевых отложений, основной составляющей которых являются радиобариты Ba(Ra)SO4 [2].
Чтобы определить, изменяется ли радиоэкологическая обстановка в восточном районе Ненецкого автономного округа (НАО) в связи с интенсивным развитием нефтегазодобывающей отрасли, необходимо изучить радиационные параметры объектов окружающей среды территорий НАО, условно свободных от воздействия указанного антропогенного фактора. В данном случае условно фоновым районом можно считать западную часть НАО в районе бассейнов рек Несь, Вижас, Ома, Снопа и Пеша.
Одним из путей загрязнения объектов окружающей среды служит перенос воздушных масс и выпадение атмосферных осадков. Изучение снегового покрова как одного из факторов (индикаторов) загрязнения атмосферного воздуха позволяет провести анализ количественного и качественного состава атмосферных выпадений за достаточно продолжительный период (зимний период) [3].
Целью исследования в данной работы было провести отбор проб снегового покрова на условно чистой территории НАО, обеспечить их качественную пробоподготовку в условиях базирования на данной территории и осуществить измерения радиационных параметров снегового покрова с применением высокоточной радиометрической и спектрометрической аппаратуры.
Материалы и методы исследования
Для достижения целей изучения радиационных параметров объектов окружающей среды территорий НАО, условно свободных от воздействия нефтегазодобывающей отрасли, в рамках данной работы авторами было проведено изучение снегового покрова в районах населенных пунктов Несь, Вижас, Ома. Для этого в период с 14.02.2020 г. по 28.02.2020 г. были отобраны 11 проб указанного объекта. На момент отбора проб снеговой покров состоял из атмосферных осадков, выпавших в течение ноября (ориентировочно с 15.11.2019 г.), декабря 2019 г., января и частично февраля 2020 г. (всего около 90 дней). Площадь отбора составила 300 см2. Отбор был проведен по всей глубине залегания снега. Точки отбора проб указаны на рис. 1.
Подготовка проб проводилась в полевых условиях с развертыванием лаборатории с минимальной технической оснащенностью (штатив, бюретки, держатели, ионно-обменная смола, дистиллированная вода, емкости различного объема, воронки, мерная посуда, секундомер). Методика подготовки проб заключалась в пропускании талой воды через ионно-обменную смолу (ИОС) промышленной фракции (КУ – 2 и АВ – 17 в пропорции 1:1, рН = 6,1, скорость пропускания пробы не более 2 л в час). За основу методики взят документ [4] с авторскими изменениями в части соотношения применяемых компонентов ИОС, объема ИОС и скорости пропускания пробы. Описанная методика предназначена для полевых исследований в целях оперативной подготовки проб слабоминерализованных водных сред больших объемов, в которых предполагается низкое содержание радионуклидов по значению их удельной (объемной) активности. Подтверждение эффективности работы ИОС проводилось через сравнение результатов измерений на радиационный фактор проб как в виде ИОС, так и в виде фильтрата талой воды.
Измерение проб в виде ИОС и талой воды на радиационный фактор осуществлялось с применением следующих средств измерений:
- полупроводникового гамма-спектрометрического комплекса ORTEC с детектором GEM 10 в низкофоновом исполнении с азотным охлаждением (для определения гамма-излучающих радионуклидов и их поверхностной активности);
- низкофонового альфа-бета-радиометра РКС-01А «Абелия» (для определения суммарной поверхностной активности бета-излучающих радионуклидов);
- радиометра жидкосцинтилляционного спектрометрического Hydex SL-300 в низкофоновом исполнении (для определения поверхностной активности радионуклида тритий).
Рис. 1. План-схема отбора снегового покрова на условной чистой территории НАО
Результаты исследования и их обсуждение
Результаты измерений проб снегового покрова с указанием точек отбора, объема проб, определяемых параметров и их значений приведены в таблице.
Авторами выявлены в отдельных точках повышенные значения суммарной поверхностной активности бета-излучающих радионуклидов в диапазоне значений от 37,2 до 64,2 Бк/м2. Выдвинуто предположение, что факт повышенного содержания естественных радионуклидов может быть связан с малоинтенсивными радиационными аномалиями на данной территории (например, с повышенным содержанием радионуклида радий-226 в почве и поступлением продуктов его распада вместе с газообразным радионуклидом радон-222 в снеговой покров). Кроме этого, весьма вероятным радионуклидом, вносящим существенный вклад в суммарную поверхностную активность бета-излучающих радионуклидов, является калий-40. Его поступление возможно путем переноса воздушными массами частиц песка или почвы. В силу того что значения активностей отдельных естественных радионуклидов не превышают значений их минимально измеряемых активностей с использованием вышеуказанной аппаратуры, достоверно определить радионуклид, вносящий основной вклад в суммарную активность проб снегового покрова, на данный момент не представляется возможным.
Точки отбора проб и их исследованные параметры
|
№ п/п |
Точка отбора |
Физические параметры пробы (объем снега, талой воды) |
Радиационные параметры пробы, Бк/м2 |
||||||
|
А пов., β |
Ra-226 |
Th-232 |
K-40 |
Be-7 |
Cs-137 |
Co-60 |
|||
|
1 |
Граница Мезенский район – НАО |
Объем снега – 21 л; Объем талой воды – 7,88 л |
4,75 |
менее 11,0 |
менее 5,0 |
менее 210,0 |
150,0 |
--- |
--- |
|
2 |
В районе с. Несь |
Объем снега – 21 л; Объем талой воды – 8,03 л |
15,80 |
менее 14,0 |
менее 9,0 |
менее 260,0 |
110,0 |
--- |
--- |
|
3 |
18 км на север от с. Несь |
Объем снега – 21 л; Объем талой воды – 8,86 л |
9,80 |
менее 12,0 |
менее 11,0 |
менее 270,0 |
100,0 |
--- |
--- |
|
4 |
В районе д. Вижас |
Объем снега – 21 л; Объем талой воды – 5,84 л |
4,24 |
менее 9,0 |
менее 6,0 |
менее 210,0 |
130,0 |
--- |
--- |
|
5 |
15 км на север от д. Вижас |
Объем снега – 30 л; Объем талой воды – 14,51 л |
52,6 |
менее 9,0 |
менее 6,0 |
менее 210,0 |
130,0 |
--- |
--- |
|
6 |
15 км на юг от д. Вижас |
Объем снега – 21 л; Объем талой воды – 7,51 л |
64,2 |
менее 5,0 |
менее 4,4 |
менее 200,0 |
59,0 |
13,0 |
12,0 |
|
7 |
15 км на восток от д. Вижас |
Объем снега – 21 л; Объем талой воды – 5,44 л |
63,1 |
менее 5,0 |
менее 10,0 |
менее 240,0 |
69,0 |
--- |
--- |
|
8 |
В районе с. Ома |
Объем снега – 21 л; Объем талой воды – 5,51 л |
17,2 |
менее 13,0 |
менее 8,0 |
------ |
80,0 |
--- |
--- |
|
9 |
15 км на север от с. Ома |
Объем снега – 21 л; Объем талой воды – 5,41 л |
37,2 |
менее 11,0 |
менее 4,0 |
менее 190,0 |
39,0 |
8,0 |
--- |
|
10 |
15 км на юг от с. Ома |
Объем снега – 21 л; Объем талой воды – 7,06 л |
9,42 |
менее 10,0 |
менее 8,0 |
менее 200,0 |
150,0 |
--- |
--- |
|
11 |
15 км на запад от д. Вижас |
Объем снега – 21 л; Объем талой воды – 6,70 л |
52,4 |
менее 9,0 |
менее 5,0 |
------ |
121,0 |
--- |
--- |
Кроме этого, в двух точках отбора (точки 6 и 9) в незначительных количествах выявлено наличие искусственных радионуклидов – цезия-137 и кобальта-60. На рисунке 2 приведен спектр амплитудного распределения с четко выраженными пиками полного поглощения энергии гамма-излучения радионуклидов цезий-137 (библиотечное значение энергии гамма-излучения 661,6 кэВ) и кобальт-60 (библиотечные значения энергий гамма-излучения 1173,24 кэВ, 1332,5 кэВ). Необходимо принять во внимание, что наличие искусственных радионуклидов в снеговом покрове можно объяснить только переносом их воздушными массами. Источник данных искусственных радионуклидов на текущий момент выявляется. Не исключены подготовка и проведение повторных полевых работ с увеличением частоты отбора проб.
Весьма интересным оказался следующий факт. Параллельно отбору проб на наличие радионуклидов в этих же точках осуществлялся отбор проб снегового покрова на наличие тяжелых металлов. Фильтрование в данном случае проводили через фильтр мембранный 0,45 мкм из полиэфирсульфона, через который полностью пропускаются (не задерживаются) растворенные соединения. Данный фильтр мы попытались использовать с целью подтверждения наличия искусственных радионуклидов в вышеуказанных точках. На спектре амплитудного распределения при измерении данного фильтра на полупроводниковом спектрометре пиков полного поглощения энергии гамма-излучения радионуклидов цезия-137 и кобальта-60 обнаружено не было. Кроме этого, радионуклид бериллий-7 (который присутствовал во всех отобранных пробах) также не был обнаружен. Данные факты указывают на растворенное состояние выявленных искусственных радионуклидов (хотя это и не свойственно для радионуклида кобальт-60, являющегося продуктом «наведенной активности»).
Для сведений необходимо отметить, что активность радионуклида бериллий-7 приведена на момент измерения (расчет активности данного радионуклида с учетом поправки на распад в данной работе не проводился в связи с отсутствием необходимости и возможности).
Погрешность измерений вышеприведенных параметров не превышала 40 %.
Рис. 2. Спектр амплитудного распределения с выявленными радионуклидами цезий-137 и кобальт-60
Кроме измерений радиационных параметров проб методами полупроводниковой спектрометрии и альфа-бета-радиометрии, в работе был применен в экспериментальном режиме метод жидкосцинтилляционной радиометрии для определения активности радионуклида тритий. В существующем исполнении жидкосцинтилляционный радиометр Hydex SL-300 позволил определить данный радионуклид с минимально измеряемой активностью (МИА) в счетном образце 0,11 Бк. Во всех отобранных пробах активность радионуклида тритий оказалась ниже порога чувствительности (пороговые значения активности в отобранных пробах оказались в диапазоне от 2,5*103 до 6,7*103 Бк/м2). Данные пороговые значения показывают отсутствие крупного техногенного загрязнения радионуклидом тритий, но для определения фоновых и малых значений активности техногенного характера (ориентировочно от 2 Бк/л согласно [5] до 13 Бк/л – МИА для Hydex SL-300 в существующем исполнении) в снеговом покрове требуется доработка существующего средства измерения, в том числе применение метода концентрирования.
Заключение
Необходимо отметить, что отобранные пробы снегового покрова не отличаются значительно повышенными активностями естественных радионуклидов (как привнесенными с воздушными массами, так и в связи с наличием радионуклидов в почвах на данной территории). За исключением спорного факта наличия искусственных радионуклидов в незначительных количествах, исследованную территорию по параметрам снегового покрова можно считать условно чистой (не измененной в части радиационного фактора процессами эксплуатации нефтегазовых месторождений).
Для подтверждения и уточнения результатов проведенных исследований требуются дополнительные отборы проб снегового покрова на той же территории с более частой сеткой точек отбора, а также дополнительно на территориях бассейнов рек Снопа и Пеша.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых МК-1919.2020.5.