Радиоэкология водных экосистем

Миграция радионуклидов в
водоеме
Тема 2
Судьба техногенных
радионуклидов в водоеме
• Связывание сестоном и депонирование
в донных осадках (отложения) – в
реках;
• Накопление биотой (биокинетика) и
рециркуляция в поверхностных водах;
• Вынос в наземные экосистемы по
трофической цепи или др. способами (с
донными осанками)
Параметры и единицы
(основные)
В русском языке
В английском языке
Удельная активность
Бк/кг; Бк/л
Activity concentration
Bg/kg; Bq/L
Коэффициент накопления (КН) – обычно из
воды;
Обычно безразмерная величина (Бк/кг / Бк/л
=л/кг)
Concentration factor
(СF)
Обычно - L/kg
Как вариант, коэффициент перехода или
коэффициент переноса – используется как
для воды так и для донных отложений
Transfer factor (TF)
Рекомендации МАГАТЭ: ICRU Report 65. Quantities, Units and Terms in
Radioecology. J. ICRU. vol. 1, 2 (2002). Bo Jung
(Fesenko S., Fesenko J., Sanzharova N. et al. // J. Env. Rad. 2011. V. 102. P. 8–
25.
I Роль взвешенного вещества в
переносе радионуклидов
Сестон = планктон (микроорганизмы) +
минеральные частицы + детрит
• Связывание радионуклидов (активное,
пассивное);
Взвешенное вещество (сестон)
•
СЕСТОН (от греч. sestos — просеянный), название мелких планктонных
организмов и взвешенных в воде неорганич. и органич. (детрит) частиц
(Источник: «Биологический энциклопедический словарь.» Гл. ред. М. С.
Гиляров; Редкол.: А. А. Бабаев, Г. Г. Винберг, Г. А. Заварзин и др. — 2-е
изд., исправл. — М.: Сов. Энциклопедия, 1986.)
• The particulate matter suspended in bodies of water such as lakes and
seas. It applies to all particulates, including plankton, organic detritus, and
inorganic material.
•
•
Включает минеральные частицы, биогенный детрит, коллоиды,
микроорганизмы (бактерии, фитопланктон)
ВВ существенно различается в разных водоемах по качеству и
количеству;
• Частица взвешенного вещества имеют разное сродство к
радионуклидам; что обусловлено свойствами частиц или их
реакционной способностью.
Пример, доля америция- 241, связанного с частицами сестона в разных
морях варьирует от 10 до 90 % (Fisher et al., 1983).
• Потоки ВВ играют существенную
роль в миграции радионуклидов в
экосистеме:
Например, в Средиземном море за счет
связывания с сестоном трансурановые
могут на длительный период
задерживаться в поверхностных слоях
(241Am до 3,5 лет, 239,240Pu до 24 лет)
(Baxter et al., 1995; Vintro et al., 1999)
Параметры накопления 241Am из воды сестоном,
диатомеями и макрофитами р.Eнисей (Zotina et al., 2010)
Dry
Initial
Uptake from
mass,
241
Am in dry
Concentration
concentration in
Reference
water, %
mass, kBq/g
factor, L/kg
mg/L
water, Bq/kg
Seston 0.2 – 0.45µm, August
n.d.
923±58
132
n.d.
n.d.
This report
Seston > 0.2µm, August, light
1.1
999±42
519
23374
(4.81.4)·105
This report
Seston > 0.2 µm, August, dark
1.1
1022±38
508
34999
(6.91.3)·105
This report
Seston > 1µm, June, light
3.9±0.8
700±65
488
51±5
(2.8±0.7)·105
This report
Seston > 1µm, June, dark
3.9±0.8
680±64
501
804
(3.90.1)·105
This report
Seston > 1µm, September, light
2.3±0.1
750±67
548
116±5
(4.1±0.9)·105
This report
Seston > 1µm, September, dark
2.3±0.1
800±70
466
13815
(4.00.9)·105
This report
Asterionella formosa, light
7-18
1127±80
32±9
18±5
(3.0±1.1)·104
This report
Asterionalla formosa, dark
7±1
1127±80
21±10
28±15
(4.2±2.3)·104
This report
Diatoma vulgare, light
98±8
1200±100
73±5
6.9±0.9
(3.6±1.2)·104
This report
Diatoma vulgare, dark
101±8
1160±100
58±5
5.2±0.5
(1.5±0.3)·104
This report
Bottom sediments
111·103
341
98
n.d.
(0.7-3.2)·103
Bondareva et al., 2005
Elodea canadensis, light
900
1103±8
91±3
0.89±0.06
(1.1±0.4)·104
This report
Влияние растворенных лигандов на
связывание радионуклидов сестоном
• Эффективные лиганды трансурановых карбонаты, РОВ (гуминовые кислоты,
фульвокислоты и др.) (Вайгель и др., Химия
актиноидов, 1997).
В экспериментах с водой р.Объ показано, что удаление
растворенной органики приводит увеличению КН америция241 сестоном на 2 порядка (Cohran et al., 2000).
Влияние гуминовых кислот и карбонатов на
накопление америция-241 сестоном
р.Енисей (Зотина и др., 2008)
400
500
100
%
70
60
200
50
40
241Am в сестоне, Бк/л
Бк/л
в сестоне, %
300
241Am
80
241Am
в сестоне, Бк/л
90
400
300
200
30
100
20
100
10
0
0
0.3
4.8
13.5
27.0
Растворенный органический углерод,
мг/л
0
без добавок
добавка
гуминовых
кислот
добавка
NaHCO3-
Микроводоросли (фитопланктон,
фитобентос и пр.)
Накопление радионуклидов – биокинетика
(пассивное – биосорбция; активное – биоаккумуляция)
На рис. Пример биосорбции америция-241 пресноводными
диатомеями
Diatoma vulgare
Asterionella formosa
1200
in water, light
in water, dark
1200
1000
in algae, light
in algae, dark
1000
800
in water, light
in water, dark
in algae, light
in algae, dark
Bq/L
Bq/L
800
241Am,
241Am,
600
600
400
400
200
200
0
0
0
24
48
72
Hours
96
120
144
0
8
16
24
32
40
Hours
48
56
64
72
Распределение РН в клетках диатомей
Чем больше доля элемента в цитоплазме микроводорослей , тем
эффективнее его ассимиляция грэйзерами (Reinfelder et al., 1997)
II Донные отложения и
пойменные почвы
• депонирование техногенных
радионуклидов
• Мониторинг и датировка техногенного
загрязнения
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ РАДИОНУКЛИДОВ В ПОЧВАХ
КОСЫ АТАМАНОВСКОЙ, р.Енисей
ГРАФИК РАСПРЕДЕЛЕНИЯ РАДИОНУКЛИДОВ В
ДОННЫХ ОСАДКАХ БАЛЧУГОВСКОЙ ПРОТОКИ,
р.Енисей
Возможности датировки
техногенного загрязнения
Bolsunovsky A. Artificial radionuclides in sediment of the Yenisei River // Chemistry and
Ecology. 2010. 26 (6), P. 401-409.
Химические формы радионуклидов в
донных отложениях
Фракционирование РН в донных
отложениях р.Енисей
Тема коллоквиума № 2
• Содержание, накопление и перенос
техногенных радионуклидов в
компартментах водной экосистемы
(воде, взвешенном веществе, донных
отложениях, пойменных почвах)
Примеры статей для анализа: