Scientific journal
Advances in current natural sciences
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,976
ASSESSMENT OF RADIONUCLIDE CONTENT IN SOILS OF THE NORTHERN DVINA RIVER DELTA AND ANALYSIS OF THEIR SPATIAL DISTRIBUTION
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
|
№ |
Шифр |
Широта |
Долгота |
Дата отбора |
|
1 |
СIР-1 |
64.695355 |
40.939508 |
14.08.2024 |
|
2 |
CIP-2 |
64.627553 |
40.689116 |
14.08.2024 |
|
3 |
CIP-3 |
64.511635 |
40.556786 |
14.08.2024 |
|
4 |
CIP-4 |
64.511635 |
40.556786 |
14.08.2024 |
|
5 |
CIP-5 |
64.484485 |
39.542279 |
14.08.2024 |
|
6 |
СIР-6 |
64.486687 |
39.851669 |
14.08.2024 |
|
7 |
CIP-7 |
64.523179 |
40.130617 |
14.08.2024 |
|
8 |
PCD -1 |
64.629720 |
40.132810 |
16.07.2025 |
|
9 |
PCD -2 |
64.560291 |
40.240713 |
16.07.2025 |
|
10 |
PCD-3 |
64.538662 |
40.453628 |
16.07.2025 |
|
11 |
PCD-4 |
64.538662 |
40.453628 |
17.07.2025 |
|
12 |
PCD-5 |
64.686354 |
40.442466 |
20.07.2025 |
|
13 |
PCD -6 |
64.634318 |
40.381017 |
27.07.2025 |
|
14 |
PCD -7 |
64.627456 |
40.263076 |
27.07.2025 |
|
15 |
PCD -8 |
64.597669 |
40.320515 |
30.07.2025 |
|
16 |
КР-1 |
64.494238 |
39.874258 |
10.10.2025 |
|
17 |
КР-2 |
64.511205 |
40.041142 |
10.10.2025 |
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
|
Шифр |
Название |
Формула ПП |
Глубина, см |
137Cs |
40K |
232Th |
226Ra |
||||
|
Бк/кг |
Бк/м2 |
Бк/кг |
Бк/м2 |
Бк/кг |
Бк/м2 |
Бк/кг |
Бк/м2 |
||||
|
СIР-1 |
Подзол альфегумусный |
O-E-BF-C |
0-5 |
29.0 |
1450 |
73 |
3650 |
3.1 |
155 |
1.8 |
90 |
|
5-10 |
18.0 |
900 |
352 |
17600 |
1.8 |
90 |
1.5 |
75 |
|||
|
Сумма |
47.0 |
2350 |
425 |
21250 |
4.9 |
245 |
3.3 |
165 |
|||
|
CIP-2 |
Серогумусовая |
AY-B-C |
0-5 |
1.7 |
85 |
360 |
18000 |
13.7 |
685 |
10.5 |
525 |
|
5-10 |
0.8 |
40 |
371 |
18550 |
11.7 |
585 |
10.2 |
510 |
|||
|
Сумма |
2.5 |
125 |
731 |
36550 |
25.4 |
1270 |
20.7 |
1035 |
|||
|
CIP-3 |
Торфяно-глеевая |
T-G-CG͠ |
0-5 |
1.7 |
85 |
360 |
18000 |
13.7 |
685 |
10.5 |
525 |
|
5-10 |
6.7 |
335 |
380 |
19000 |
12.8 |
640 |
10.7 |
535 |
|||
|
Сумма |
8.4 |
420 |
740 |
37000 |
26.5 |
1325 |
21.2 |
1060 |
|||
|
CIP-4 |
Серогумусовая (дерновая) аллювиальная |
AY-C͠ |
0-5 |
2.2 |
110 |
370 |
18500 |
13.7 |
685 |
10.1 |
505 |
|
5-10 |
1.6 |
80 |
390 |
19500 |
12.2 |
610 |
10.8 |
540 |
|||
|
Сумма |
3.8 |
190 |
760 |
38000 |
25.9 |
1295 |
20.9 |
1045 |
|||
|
CIP-5 |
Подзол альфегумусный |
O-E-BFH-C |
0-5 |
1.4 |
70 |
340 |
17000 |
10.2 |
510 |
9.3 |
465 |
|
5-10 |
3.8 |
190 |
530 |
26500 |
19.4 |
970 |
11.9 |
595 |
|||
|
Сумма |
5.2 |
260 |
870 |
43500 |
29.6 |
1480 |
21.2 |
1060 |
|||
|
СIР-6 |
Подзол альфегумусный глеевый |
O-Eg-BHg-Cg |
0-5 |
131.0 |
6550 |
160 |
8000 |
5.9 |
295 |
6.4 |
320 |
|
5-10 |
50.0 |
2500 |
350 |
17500 |
5.4 |
270 |
6.1 |
305 |
|||
|
Сумма |
181.0 |
9050 |
510 |
25500 |
11.3 |
565 |
12.5 |
625 |
|||
|
CIP-7 |
Серогумусовая (дерновая) аллювиальная |
AY-C͠ |
0-5 |
23.0 |
1150 |
310 |
15500 |
8.2 |
410 |
7.4 |
370 |
|
5-10 |
18.0 |
900 |
341 |
17050 |
6.8 |
340 |
7.1 |
355 |
|||
|
Сумма |
41.0 |
2050 |
651 |
32550 |
15.0 |
750 |
14.5 |
725 |
|||
|
PCD -1 |
Серогумусовая (дерновая) аллювиальная |
AY-C͠ |
0-5 |
4.6 |
230 |
232 |
1150 |
2.2 |
110 |
3.7 |
185 |
|
5-10 |
1.2 |
60 |
191 |
100 |
1.3 |
65 |
2.1 |
105 |
|||
|
Сумма |
5.8 |
290 |
423 |
1250 |
3.5 |
175 |
5.8 |
290 |
|||
|
PCD -2 |
Серогумусовая (дерновая) аллювиальная |
AY-C͠ |
0-5 |
11.8 |
590 |
460 |
21150 |
19.2 |
960 |
13.6 |
680 |
|
5-10 |
10.3 |
515 |
480 |
24000 |
17.3 |
865 |
12.0 |
600 |
|||
|
Сумма |
22.1 |
1105 |
940 |
45150 |
36.5 |
1825 |
25.6 |
1280 |
|||
|
PCD-3 |
Агрогумусовая старопахотная аллювиальная |
AYpa- C͠ |
0-5 |
6.9 |
345 |
500 |
25000 |
20.2 |
1010 |
17.0 |
850 |
|
5-10 |
4.3 |
215 |
390 |
19500 |
11.1 |
555 |
9.4 |
470 |
|||
|
Сумма |
11.2 |
560 |
890 |
44500 |
31.3 |
1565 |
26.4 |
1320 |
|||
|
PCD-4 |
Серогумусовая (дерновая) глееватая |
AY-Cg |
0-5 |
4.1 |
205 |
400 |
20000 |
12.0 |
600 |
10.7 |
535 |
|
5-10 |
3.7 |
185 |
300 |
15000 |
9.2 |
460 |
8.6 |
430 |
|||
|
Сумма |
7.8 |
390 |
700 |
35000 |
21.2 |
1060 |
19.3 |
965 |
|||
|
PCD-5 |
Серогумусовая (дерновая) глееватая |
AY-Cg |
0-5 |
13.6 |
680 |
400 |
20000 |
14.3 |
715 |
11.9 |
595 |
|
5-10 |
8.3 |
415 |
398 |
19900 |
12.7 |
635 |
10.1 |
505 |
|||
|
Сумма |
21.9 |
1095 |
798 |
39900 |
27.0 |
1350 |
22.0 |
1100 |
|||
|
PCD -6 |
Серогумусовая (дерновая) глеевая аллювиальная |
AYg-Cg͠ |
0-5 |
11.3 |
565 |
397 |
19850 |
21.4 |
1070 |
22.1 |
1105 |
|
5-10 |
6.2 |
310 |
319 |
15950 |
17.6 |
880 |
18.7 |
935 |
|||
|
Сумма |
17.5 |
875 |
716 |
35800 |
39.0 |
1950 |
40.8 |
2040 |
|||
|
PCD -7 |
Агрогумусовая старопахотная аллювиальная |
AYpa-C͠ |
0-5 |
7.3 |
365 |
294 |
14700 |
18.5 |
925 |
19.2 |
960 |
|
5-10 |
6.1 |
305 |
278 |
13900 |
16.2 |
810 |
16.5 |
825 |
|||
|
Сумма |
13.4 |
670 |
572 |
28600 |
34.7 |
1735 |
35.7 |
1785 |
|||
|
PCD -8 |
Серогумусовая аллювиальная |
AY-C͠ |
0-5 |
5.8 |
290 |
293 |
14650 |
17.1 |
855 |
18.2 |
910 |
|
5-10 |
4.3 |
215 |
281 |
14050 |
15.2 |
760 |
16.9 |
845 |
|||
|
Сумма |
10.1 |
505 |
574 |
28700 |
32.3 |
1615 |
35.1 |
1755 |
|||
|
КР-1 |
Подзол супесчаный глеевый |
O-Eg-BHg-Cg |
0-5 |
3.5 |
175 |
370 |
18500 |
4.1 |
205 |
3.0 |
150 |
|
5-10 |
1.2 |
60 |
260 |
13000 |
2.3 |
115 |
2.5 |
125 |
|||
|
Сумма |
4.7 |
235 |
630 |
31500 |
6.4 |
320 |
5.5 |
275 |
|||
|
КР-2 |
Подзол супесчаный глеевый |
O-Eg-BHg-Cg |
0-5 |
39.0 |
1950 |
115 |
5750 |
6.4 |
320 |
5.2 |
260 |
|
5-10 |
115.0 |
5750 |
300 |
15000 |
22.8 |
1140 |
16.0 |
800 |
|||
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
Лапиков П. И., Яковлев Е. Ю. ОЦЕНКА СОДЕРЖАНИЯ РАДИОНУКЛИДОВ В ПОЧВАХ ДЕЛЬТЫ РЕКИ СЕВЕРНАЯ ДВИНА И АНАЛИЗ ИХ ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ // Успехи современного естествознания. 2026. № 5. С. 81-87;URL: https://natural-sciences.ru/en/article/view?id=38519 (дата обращения: 01.06.2026).