Scientific journal

Advances in current natural sciences

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

Введение

В настоящее время внимание многих ученых, занимающихся естественными науками, сосредоточено на установлении природных условий (с учетом обстоятельств антропогенного вмешательства) выделения радона из геологической среды, а также на разработке методологии крупномасштабного картирования зон повышенной эсхаляции радона [1]. Эта деятельность также направлена на выявление зон повышенного радонового риска для населения с целью проведения мер по снижению доз облучения радоном в помещениях [2], что необходимо, поскольку масштабные исследования последних двух десятилетий позволили достоверно установить линейный рост заболеваемости раком легкого с увеличением концентрации радона и продуктов его распада в жилых и общественных помещениях [3].

Установление влияния форм рельефа на эсхаляцию радона на примере экспериментально определенной территории в окрестностях г. Казани явилось целью настоящей статьи.

Для достижения этой цели предполагалось решение ряда задач:

– мониторинг концентрации радона в подпочвенном воздухе в районе развития суффозионно-карстовых процессов;

– углубление существующих знаний о взаимосвязи развития экзогенных процессов и концентрации подпочвенного радона;

– картирование результатов полевых измерений объемной активности радона в почвенном воздухе.

Изучение факторов, воздействующих на уровень фонового значения радона, имеет, таким образом, как теоретическую, так и практическую значимость.

Рассеивание радона-222 от глубины к поверхности почв связано с его физико-химическими свойствами. Образовавшись в материнских породах, этот инертный газ поднимается вверх через слои почвы, не вступая в химические взаимодействия с ее компонентами. Приближаясь к поверхности, газ частично растворяется в молекулах воды, присутствующих в почве, и частично адсорбируется частицами почвы различного гранулометрического состава. Достигая поверхности, радон-222 диффузно перемешивается с атмосферным воздухом, но в силу своего большого атомного веса (в 7–8 раз тяжелее воздуха) он не поднимается в верхние слои атмосферы [4].

Данное исследование направлено на изучение факторов, управляющих динамикой радона и уровнем его фонового значения. Среди главных факторов, влияющих на уровень фонового значения радона в почвенном воздухе, выделяются особенности геолого-геоморфологического строения территорий. Прежде всего, на проницаемость верхней части осадочного чехла оказывают влияние трещиноватость и процессы, которые способствуют ее образованию [5].

На территории Республики Татарстан суффозионно-карстовые процессы получили широкое распространение. В окрестностях г. Казани наблюдается развитие карста и провальных явлений, связанных с гипсоносными толщами сакмарского яруса перми. Неотектоническая и бэровская миграция глубоких врезов палеорусел Волги, Казанки, Камы и их притоков вскрывает в широких пределах верхние слои палеозоя в окрестностях Казани – до глубины 200–300 м, облегчая тем самым вертикальную миграцию радона из более глубоких горизонтов земной коры [6]. Влияние геолого-геоморфологических компонентов на «поведение» и выход радона на поверхность убедительно демонстрируется итоговыми данными проведенного автором исследования.

Рис. 1. Участок исследования на топографических картах различного масштаба [7] и на фрагменте снимка из геоинформационной системы Google Earth Pro

Цель исследования – определение воздействия особенностей геоморфологии на экспериментальной территории в окрестностях г. Казани на эсхаляцию радона.

Материалы и методы исследования

Участок исследования находится к юго-востоку от Казани на расстоянии 14 км (по Оренбургскому тракту), между поселками Бол. Кабаны и Сокуры (рис. 1).

Его площадь составляет около 45 га. Ландшафт данной местности представляет собой слабоволнистую водораздельную равнину (плакор) с высотными отметками в интервале 100–120 м и является самой высокой частью рельефа между Волгой (Куйбышевским водохранилищем) и нижним течением реки Мёша.

В геолого-геоморфологическом отношении местность является озерно-аллювиальной равниной, отложения которой сформировались в неоген-четвертичное временя в период существования Палео-Волги [8]. Четвертичные образования (laEl) здесь представлены песками, суглинками и глинами, мощностью до 41 м (рис. 2). Под четвертичными отложениями лежат породы неогеновой системы мощностью до 38 м, которые, кроме песков и глин, включают прослои известняков [9].

Рис. 2. Фрагмент карты и профиль четвертичных образований [9]

Рис. 3. Контрольные точки на территории исследования

Покровные суглинки и супеси в процессе почвообразования оказали влияние на физико-механические свойства почвенного покрова и грунтов исследуемой территории, от которых, в свою очередь, зависят интенсивность выхода радона и его величина.

При проведении полевых работ был использован радиометр RTM 1688-2 GeoStation производства немецкой фирмы SARAD, GmbH. Прибор имеет специальное устройство – зонд, который позволяет измерить величину радона в почвенном воздухе на заданной глубине [10]. Измерения проведены на контрольных точках, выбранных на различных элементах рельефа (суффозионная просадка, балка, овраг) (рис. 3). В результате получены значения объемной активности радона в почвенном воздухе на глубине 0,5 м в каждой точке.

Результаты исследования и их обсуждение

Обобщенные данные полевых исследований приведены в таблице 1.

По метеорологическим данным видно, что за время наблюдений на контрольных точках в почве на глубине 0,5 м значения температур почвенного воздуха были в интервале 9–17°C, относительной влажности – 84–94%, атмосферное давление менялось в интервале 744–767 мм рт. ст. Существенной зависимости объемной активности радона от метеорологических факторов в данном случае не наблюдается.

При анализе данных с помощью программы Excel была выявлена зависимость полученных значений радона от положения в рельефе. По распределению полученных данных объемной активности радона от больших значений к меньшим видно, что высокие показатели относятся к контрольным точкам, расположенным в суффозионных просадках, что наглядно представлено в таблице 2. Просадки имеют овальные формы, их размеры варьируются в интервале 100–200 м, глубины в самых нижних точках равны около 1,5–2 м от поверхности плакора.

Таблица 1

Данные полевых исследований по контрольным точкам

Таблица 2

Зависимость эсхаляции радона от положения в рельефе

Кроме суффозионных просадок, на участке исследования обнаружены эрозионные формы рельефа: балка и вторичный овраг. В комплексе они образуют единую отрицательную форму рельефа и на картах обозначены как начало Мавриного оврага. Балка по возрасту древнее, она покрыта древостоем и кустарниковой растительностью. Глубина ее в верхней части равна 1,5–2 м, а у начала (или вершины) оврага доходит до 4 м. Врез оврага в днище балки достаточно глубокий, равен примерно 2,5 м, а от поверхности плакора его глубина составляет больше 6 м.

По данным автора, несмотря на большие глубины, в днище этих форм рельефа уровень эсхаляции радона значительно ниже по сравнению со значениями в суффозионных просадках. Объемная активность радона в контрольных точках балки равна примерно 7,5 тыс. и 16 тыс. Бк/м3, а в точке, расположенной в тальвеге оврага, – около 11 тыс. Бк/м3; среднее значение радона в суффозионных просадках, несмотря на малые глубины, равно более 21 тыс. Бк/м3. Среднее значение объемной активности радона в почвенном воздухе на исследованном участке равно 15,6 тыс. Бк/м3, при этом на плакоре среднее значение составило около 13 тыс. Бк/м3.

Образованию суффозионных просадок способствуют нарушения глубоко залегающих пластов; это приводит к нарушению плотности грунта на поверхности рельефа и является, по мнению автора, причиной повышенной эсхаляции на рассмотренной территории.

Заключение

При мониторинге радона на выбранном участке для объективной оценки эсхаляции газа измерения проведены примерно при одинаковых метеорологических условиях и в один климатический сезон.

При определении мест контрольных точек, с целью оценки роли геоморфологического строения территории, учитывались особенности и детали строения рельефа и почвенного состава.

Результаты исследования автора вновь продемонстрировали, что для обеспечения радоновой безопасности населения при выборе участков под жилищное строительство и (или) другое использование важно знать не только геологическое строение территории, но также характер и особенности форм рельефа, образовавшихся в результате экзогенных и эндогенных процессов, протекающих на этой территории.

В работе специальный акцент был сделан на геологических аспектах картирования радонового риска. Полученное в работе геоизображение может быть использовано при разработке методологии крупномасштабного картирования зон повышенной эсхаляции радона на платформенных областях Восточно-Европейской равнины.