Радиационно-экологическая оценка освоения майкопских глауконитовых песков

А.Х. Хуратов, А.А. Кемечев, Б.А. Хуратов, Майкоп.

Широкое освоение местных агроруд в земледелии сопряжено в известной степени с проблемой радиационной безопасности населения и окружающей среды в случае разработки технологии производства и применения под культуры новых видов минеральных удобрений – глауконитовых песков. Это связано с тем, что нетрадиционные агроруды сами по себе являются сильными природными сорбентами с высокой адсорбционной ионообменной и каталитической способностью. Они избирательно поглощают и связывают различные элементы, в том числе ионы тяжелых металлов и радионуклиды биосильных элементов. По химическому составу и уровню содержания радионуклидов, агроруды очень разнообразны, требующие постоянной химической проверки на каждом добываемом участке [1, 2, 3].

Майкопские агроруды представлены фосфоритами и глауконитовыми песками, протяженностью более 40 км с прогнозными ресурсами в 120 млн.м3. Важное их преимущество – неглубокое залегание в толще Земли, где вовлечение в производство может идти прямым добыванием дешевым открытым способом. Общее количество сопутствующих химических элементов в глауконитовом песке в зависимости от месторождения колеблется от 34 до 36. Среди них тяжелых металлов 24, из которых токсичных 8-10 элементов с уровнем содержания значительно ниже ПДК (предельно допустимой концентрации) [4]. Содержание радионуклидов в агрорудах слабоизучены.

Территория Адыгеи, также как и Краснодарский край, Ставрополье, Калмыкия и юго-восточная часть Ростовской области, относится к регионам, где на поверхности земной коры находятся породные образования с повышенным содержанием естественных радионуклидов (ЕРМ). К ним относятся майкопские глины, обогащенные ураноносными костными остатками рыб, образующие линзовидные и пластовые скопления (рыбные литофации), неравномерно распределённые в толще глин. Они могут образовывать уранорудные залежи содержанием урана (выше 1000 Бк/кг), залегающие на сравнительно небольшой глубине [2, 5]. Поэтому почвы Адыгеи характеризуются повышенным содержанием естественных радионуклидов сравнительно с нормальным радиационным фоном других регионов. Естественно, выращенная на этих почвах сельхозпродукция будет содержать те же радионуклиды, но большей концентрацией.

Основную часть облучения, как правило, население получает от естественных источников радиации, которые в разном виде падают на поверхность Земли как из космоса, так и от радиоактивных веществ, находящихся на земной коре, вызывая внутренний и внешний эффект облучения. Для нас важным является Земная радиация.

Как известно, почвы содержат ЕРН уранового ряда: Уран-226, Радий-226 (с продуктами их распада) и Торий-232 (с продуктами его распада), а так же радиоактивный Калий-40, удельные активности которых зависят от места происхождения и типа почв [2, 3, 5]. Например, средняя удельная активность радионуклидов с нормальным естественным радиационным фоном по разным типам почв следующая (табл. 1)

Таблица 1

Естественный радиационный фон по разным типам почв

Значительно большую дозу облучения человек получает от нуклидов радиоактивного ряда Урана-238 и в меньшей степени от Торся-232 [2].

В процессе жизнедеятельности человек в среднем получает 180 микрозивертов в год за счет Калия-40, который усваивается организмом вместе с нерадиоактивными изотопами калия [6].

Однако наиболее весомым из всех естественных источников радиации является невидимый, немеющий вкуса и запаха тяжелый газ (в 7,5 раза тяжелея воздуха) Радон, который вместе со всеми дочерними продуктами радиактивного распада ответствен примерно за ¾ годовой индивидуальной эффективной эквивалентной дозы облучения, получаемой населением от земных источников радиации, и примерно за половину этой дозы от всех естественных источников радиации. Причем, большую часть этой дозы человек получает от радионуклидов, попадающих в его организм вместе с вдыханием воздуха, особенно в непроветриваемых помещениях. В природе Радон встречается в двух основных формах: в виде Радона-222, члена радиоактивного ряда, образуемого продуктами распада Урана-238, и в виде Радона-220, члена радиоактивного ряда Тория-232. По-видимому, Радон-222 по вкладу в суммарную дозу облучения примерно в 20 раз сильнее, чем Радон-220. Непосредственно Радон образуется при естественном радиоактивном распаде Радия (в 1 г Радия содержится 6,4·10-6 г Радона) и имеет период полураспада 4 суток. Продукты распада, оседая на всех веществах, с которыми соприкасается Радон, обуславливает возникновение «наведенной радиоактивности» [5, 6].

Одним из источников повышения радиационного фона в нашем регионе является наличие радионуклида Цезия-137 чернобыльского происхождения, который по плотности загрязнения поверхности земли далеко не однороден и поэтому требуется систематический контроль за уровнем его накопления.

В аграрной деятельности населения, вызывающих технологически повышенный радиационный фон, особое влияние оказывает процесс производство, хранение и применение минеральных удобрений. Особенно возрастает проблема радиационной безопасности для тружеников полей и окружающей среды в случае разработки технологий производства и применения новых видов минеральных природных удобрений на основе местного агросырья – глауконитовых песков. Совершенно очевидно, что, кроме радиоактивности собственно глауконитов, связанной с содержанием естественных и плохо изученных радионуклидов в этой породе, при изучении настоящей проблемы необходимо учитывать обстоятельства, обусловленные реальной радиационной обстановкой на полях Опытного хозяйства Адыгейского НИИСХ, на которых обрабатываются эти новые технологии. Во-первых, поля Опытного хозяйства расположены в зоне развития так называемых майкопских глин, известных повышенным содержанием радионуклидов уранового ряда. Во-вторых, Опытное хозяйство расположено в районе, где не исключено заметное загрязнение чернобыльскими осадками. Кроме того, на повышение содержания радионуклидов в почвах и увеличение мощности экспозиционной дозы (МЭД) над земной поверхностью, а так же содержания радионуклидов в продукции с/х производства влияют такие факторы как: выбросы АЭС, ТЭС, ТЭП, добыча нефти, газа, минеральных вод, добыча, переработка, хранение, применение местных глауконитов. Для Адыгеи в большей или меньшей степени могут играть роль все эти факторы. Но наработанных материалов по этим вопросам с Майкопскими глауконитами отсутствуют. Поэтому представляется очень важным рассмотрение известных ранее данных по радиоактивности минеральных удобрений, производимых на основе фосфатных руд, и их влияние на радиоактивность почв. В мировой практике развитых стран достаточно подробно изучен этот вопрос, некоторые результаты которых сведены в таблице 2 [5,7].

Данные свидетельствуют о том, что по суммарной альфа-активности удобрения различной основы и производства варьируют от 180 до 8000 Бк/кг. В большинстве удобрений основная их радиоактивность обусловлена радионуклидами Урана-238 и Радия-226. Только в некоторых фосфорно-калиевых и азотно-фосфатно-калиевых удобрениях значительную радиоактивность проявляет Калий-40. При этом содержание в удобрениях Радия-226 в 2-8 раз выше, чем в почвах, концентрация Тория-232 и Калия-40 остается практически на одном уровне. Удобрения производства РФ наименее радиоактивны. При добыче и переработке первичного сырья в процессе производства удобрений, Уран и продукты его распада перераспределяются среди основной продукции, побочных продуктов и отходов.

Радиационная обстановка в хранилищах удобрений достигает 5·104 мкр/ч. Средняя мировая коллективная доза облучения при использовании удобрений составляет 3,77·10-3 чел.рад/т, а глобальная (в целом в мире) коллективная доза облучения населения при производстве 1,3·109 т фосфорных удобрений оценивается в 3·103 чел.Зв. ( 3·105 чел.бэр). Для населения России средняя индивидуальная доза облучения человека, обусловленная использованием удобрений, оценивается в 0,75 мбэр/год, что значительно ниже медицинской диагностики – 140-170 мбэр [2, 3].

Таблица 2

Радиоактивность минеральных удобрений разных стран мира.

Таким образом, на основании вышеизложенного просматривается достаточно сложная природа радиационного воздействия на окружающую среду сам процесс производства, хранения и применения минеральных удобрений.

В нашей работе изучался вопрос возможного радиоэкологического нарушения среды опытным производством и применением новых природных минеральных удобрений на основе глауконитовых песков в Опыт-поле Адыгейского НИИСХ. Для этих целей проведено радиометрическое обследование почв опытного хозяйства института, мест складирования глауконитовых песков, отбор и лабораторный радионуклидный анализ проб почв и глауконитов различных месторождений. Обследование проводилось сотрудниками Центра Радиационной экологии и технологии (г. Ростов-на-Дону), республиканской санэпидиостанции, Агрохимцентра «Адыгейский» (г. Майкоп). При этом изучались радионуклиды уранового ряда: Уран-238, Радий-226, Радон-222, Торий-232, а также Цезий-134, 137, Стронций-90, Калий-40.

Удельная активность радионуклидов определялась стандартизированным гамма-спектрометрическим методом на аппаратуре УРС-21 и установке РОУС-П-15. Рассчитывали показатели суммарной альфа и бета активности в рядах радиоактивного равновесия Урана-238 и Тория-232 по соотношениям:

Аά = 3АU + 5АRa + 6ATh; Аβ = 2АU + 4ARa + 5ATh

Для мест отбора проб определяли средние величины МЭД.

Повторность определений 6-3 кратная. Чистые образцы глауконитовых песков изучались Фарсовского и Абадзехского месторождений. Пробы брались из карьера, химсклада, из кучи внутри и вне помещений измельченной и нативной фракций. Почвенные образцы отбирали с опытного поля без глауконита и с глауконитовым песком. Повторность 4-х кратная.

Полученные результаты радионуклидного анализа проб почвенных и глауконитовых образцов, удельной активности и мощности экспозиционной дозы, представлены в таблице 3.

Таблица 3

Показатели радиационного фона почв и глауконитовых

песков до и после внесения.

Установлено, что содержание Цезия-137 в почвах (до 38 Бк/кг) говорит о его чернобыльском происхождении. Плотность загрязнения поверхности почвы чернобыльскими осадками (запас в слое 0,2м на 1 кв.км.) Цезием-137 оценивалась в 0,22Кu/кв.км. Такая плотность загрязнения не представляет опасности и не требует особых мер вмешательства. Внесение в почву глауконита снижает содержание Цезия-137 в пахотном горизонте.

Содержание ЕРН в почвах Опытного хозяйства заметно выше соответствующих среднемировых и средних для черноземов: поКалию-40 в 1,5 раза, по Урану-238 – в 2 раза, по Торию-232 – в 1,5-2 раза, а по суммарной альфа-активности – в 1,5 раза. Как отмечалось выше, МЭД для обследования полей также выше в 1,5-2 раза, чем средние МЭД для районов с нормальным уровнем естественного радиационного фона. Это объясняется тем, что сельхозугодия ОПХ расположены в районе развития майкопских глин, обогащенных урановыми костными остатками рыб с возможными месторождениями Урана органо-фосфатного типа. В поверхностных (окислительных) условиях сульфиды, сопровождающие урано-фосфатные соединения рыбных литофаций, окисляются с образованием серной кислоты, разрушающей фосфатные соединения. В результате этого Уран и сопровождающий его ряд тяжелых металлов (железо, никель, кобальт, молибден, цинк, мышьяк, свинец) поступают в поверхностные водотоки и почву [1, 8, 9]. Радионуклиды могут накапливаться в верхних горизонтах почвы также за счет подъема по капиллярам грунтовых вод. Одним словом, почвы ОПХ на участках майкопских глин наследуют повышенные концентрации Урана, Радия, Тория и тяжелых металлов. На этих же участках повышен и радиационный фон (МЭД = 14 мкр/час), а в некоторых местах проявляются и аномалии по МЭД – достигая до 19 мкр/час. Согласно нормативных документов [10, 11] среднее значение МЭД не должно быть больше 20 мкр/час сверх уровня естественного фона, характерного для данной местности. Что касается показателя средней суммарной активности радионуклидов, то он не должен превышать фоновой более, чем на 600 Бк/кг. Отсюда вытекает очень важный вывод о том, что, при внесении глауконитовых песков в виде комплексных минеральных удобрений под культуры, норма внесения не должна превышать такой, чтобы дополнительная активность от удобрения была не более 600 Бк/кг. По результатам наших исследований, значительного различия, существенно выходящего за пределы погрешностей определения, в удельных активностях Урана, Радия и Тория в почвах обследованных полей не отмечается. Эффекта, связанного с повышением радиоактивности почв за счет применения глауконитовых песков как удобрений, не обнаруживается.

Литература

1. Арбатов А.А., Толкачев М.В. Нетрадиционные ресурсы минерального сырья. Знание, РСФСР, М., 1988, - 48 с.

2. Козлов В.Ф. Справочник по радиационной безопасности. Изд-во «Энергоатомиздат», М., 1991, - 352 с.

3. Булдаков Л.А. Радиоактивные вещества и человек. Изд-во «Энергоатомиздат», М., 1990, - 160 с.

4. Хуратов А.Х., Тхитлянов В.Е. Экологические аспекты освоения агроруд в условиях Адыгеи. В сб.: «Экология и мы», Майкоп, 1995, - 318 с.

5. Моисеев А.А., Иванов В.И. Справочник по дозиметрии и радиационной гигиене. Изд-во «Энергоатомиздат», М., 1990, - 252 с.

6. Радиация, дозы, эффекты, риск. Изд-во «Мир», М., 1988, - 19 с.

7. United Nations, Ionizing radiation: Sources and biological effects. UN Scientific Connittel on the effects of Atomic Radiation. 1982. Reports to the General Assembly, U.N., New York, 1982.

8. Гапонюк Э.И., Кремленкова Н.П., Аксаментов В.В. Фосфорные удобрения как возможный источник загрязнения почв токсичными элементами. – Труды ИЭМ, в. 11(97), 1983, с. 3…11.

9. Горбатов В.С. Устойчивость и трансформация оксидов тяжелых металлов в почвах. – Почвоведение, №1, 1988, - 35 с.

10. Временные критерии по принятию решений при обращении с почвами, твердыми строительными и другими отходами, содержащими гаммаизлучающие радионуклиды. Утвержден главным санитарн. врачом РФ Е.Н. Беляевым 05.05.1992.

11. Санитарные правила ликвидации, консервации и перепрофилирования предприятий по добыче и переработке радиоактивных руд. СП ЛКП – 91. МЗ СССР, М., 1991.