Использование 7Вe и 210Pb как трассеров атмосферных процессов в приземном слое промышленного центра

Размещено на http://www.allbest.ru/

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ 7BE И 210PB КАК ТРАССЕРОВ АТМОСФЕРНЫХ ПРОЦЕССОВ В ПРИЗЕМНОМ СЛОЕ ПРОМЫШЛЕННОГО ЦЕНТРА

USE 7ВЕ AND 210PB AS TRACERS OF ATMOSPHERIC PROCESSES IN THE SURFACE LAYER OF INDUSTRIAL CENTER

Долгополов А.В., Иванов Е. С., Саевский А.И., Михайлова Т.А., Колесников И.А., Дергачева Е.В., Стасов В.В., Бураева Е.А.

Южный федеральный университет Ростов-на-Дону, Россия

Dolgopolov A.V., Ivanov E.S., Saevsky A.I., Mikhaylova T.A., Kokesnikov I.A., Dergacheva E.V., Stasov V.V., Buraeva E.A.

Southern Federal University Rostov-on-Don, Russia

Содержание короткоживущего 7Be (Т1/2=53,4 дня) в приземной атмосфере связано с солнечной активностью и имеет характерный сезонный ход. Изотоп 7Be образуется в верхних слоях стратосферы в результате фотоядерных реакций и реакций скалывания. Далее данный радионуклид нисходящими потоками из стратосферы переносится в тропосферу и вымывается с осадками. Поэтому 7Be может являться удобным индикатором для быстрой оценки загрязнения атмосферы и экологическим показателем накопления в растениях и животных [1,2]. Свинец 210Pb является продуктом распада инертного газа радона222Rn и поступает в атмосферу в основном из почвы. Так как 222Rn относится к ряду урана 238U, его содержание в почве напрямую связано с присутствием 238U в геологических объектах. Период полураспада радона 222Rn (T1/2 = 3,8 дня) сравним со временами жизни многих атмосферных газов (NOx, SO2, CO, O3), водяного пара и аэрозолей. Эти свойства делают радон и его дочерний продукт распада свинец 210Pb, поступающие в атмосферу в результате восходящих потоков, полезными трассерами (индикаторами) различных атмосферных процессов [1,2].

Целью работы является оценка возможности применения естественных радионуклидов 210Pb и 7Be в качестве трассеров (индикаторов) атмосферных процессов в условиях промышленного центра и умеренного континентального климата.

Атмосферные аэрозоли отбирались на аспирационной станции НИИ физики Южного федерального университета в 2000-2010 годах в рамках комплексного мониторинга приземного слоя воздуха г. Ростова-на-Дону. Отличительной особенностью данного цикла исследований являлось расположение станции на юго-восточной окраине г. Ростова-на-Дону. Атмосферные аэрозоли отбирались на фильтр из ткани Петрянова ФПП-15-1.7 общей площадью 0,56 м3.

Реальное (чистое) время экспозиции каждой пробы, определяемое электронным хронометром, составляет 168 часов. Расход воздуха ФВУ составляет около (510…630) м3/час. В целом, за 2001-2009 гг. было отобрано более 400 проб атмосферных аэрозолей. Для оценки удельной активности 210Pb и 7Be в атмосферных аэрозолях использовалась радиометрическая низкофоновая установка на основе коаксиального полупроводникового детектора из особо чистого германия (GeНР). 210Pb и 7Be определяли по пикам с энергиями 46,5 и 477 кэВ соответственно. По разности весов экспонированного и чистого фильтра определяется запыленность воздуха Р0=Р/V (мкг/м3). радионуклид трассер атмосферный аэрозоль

Поведение 7Be в приземном слое воздуха г. Ростова-на-Дону отличается максимумом в весенне-летний период. Подобное поведение объемной активности 7Ве связано с весенне-летней перестройкой атмосферы (из-за наличия между стратосферой и тропосферой слоя мощной температурной инверсии) и началом вегетационного периода.

Поведение 210Pb в приземной атмосфере г. Ростова-на-Дону отличается значительным максимумом в осенне-зимний период, как за весь период наблюдений, так и в отдельные годы. Подобное поведение данного радионуклида может быть связано с отопительным сезоном, когда при сжигании органического топлива в атмосферу поступает значительное количество свинца. Такой сезонный ход 210Pb во многом подобен поведению 7Ве [1-2]. Образование этих радионуклидов и перенос в атмосфере во многом схожи. Свинец 210Pb в атмосфере образуется при распаде своего газового предшественника радона 222Rn, а 7Ве образуется в результате ядерных реакций из азота и кислорода под действием протонов и нейтронов космического излучения. В атмосфере содержание 210Pb линейно растет с высотой (большая часть образуется в тропосфере и переносится в стратосферу), а 7Ве наоборот, преимущественно образуется в стратосфере. В результате коагуляции дисперсионный состав этих аэрозолей меняется только через несколько суток после образования. Поэтому сезонный ход 210Pb и 7Ве определяется переносом воздушных масс в верхних и нижних слоях атмосферы за счет турбулентной диффузии в весенне-летний период. В тропосфере происходит вымывание осадками радиоактивных 210Pb и 7Ве и их сухое осаждение на земную поверхность. Но образование 210Pb может быть также связано с различными техногенными факторами (переработка органического сырья). Поэтому сезонное поведение 210Pb зависит от большего количества параметров и выглядит сложнее, чем сезонный ход 7Ве.

В данной работе также проведено комплексное исследование связи объемной активности данного космогенного радионуклида с такими метеопараметрами, как: температура воздуха, скорость ветра, количество осадков, относительная влажность, атмосферное давление. В целом, сезонный ход 7Ве повторяет изменение температуры и скорости ветра за период 2001-2009 гг. Имеет место прямая зависимость данных параметров с коэффициентами корреляции 0,61; 0,54 соответственно. Для атмосферного давления и содержания 7Ве наблюдается обратная зависимость с коэффициентом корреляции k = - 0,54. Такое поведение объясняется тем фактом, что понижение давления обычно сопровождается увеличением осадков и, как следствие, дополнительным вымыванием аэрозолей из приземного слоя атмосферы. Зависимость объемной активности 7Ве в приземной атмосфере от относительной влажности воздуха и количества осадков также обратная. В основном, на максимумы объемной активности 7Ве в приземном слое воздуха приходятся минимумы относительной влажности воздуха и количества осадков коэффициентами корреляции -0,62, -0,57. В большинстве случаев максимумы объемной активности 7Ве приходятся на период июль-сентябрь с минимальными значениями относительной влажности воздуха (менее 50 %).

Зависимость объемной активности 210Pb от температуры и количества осадков обратная в период 2001-2009 гг. с коэффициентами корреляции -0,30; -0,15 соответственно. Для относительной влажности, атмосферного давления и скорости ветра наблюдается прямая зависимость с коэффициентами корреляции 0,21; 0,20; 0,25 соответственно. В большинстве случаев максимумы объемной активности 210Pb приходятся на период ноябрь-январь с максимальными значениями относительной влажности воздуха (более 50 %). Это связано с тем, что в условиях г. Ростова-на-Дону имеет место значительная техногенная составляющая в общем загрязнении 210Pb приземного слоя воздуха. В отопительный сезон, даже при значительном количестве осадков (и, как следствии, повышенной влажности воздуха) имеет место поступление данного радионуклида в атмосферу города.

В целом, в работе проанализировано содержание 210Pb и 7Be в атмосферных аэрозолях г. Ростова-на-Дону за период 2001-2009 гг. Среднее содержание 7Be в атмосфере г. Ростова-на Дону варьируется в достаточно широких пределах (0,2…27) мБк/м3, при средней, за весь период наблюдений активности 5,4 мБк/м3. Объемная активность 210Pb в атмосферных аэрозолях составляет (0,1…9,0) мБк/м3, при среднем содержании - 1,7 мБк/м3.

В сезонном распределении объемной активности 7Ве отмечается широкий максимум в весенне-летний период и минимум - в зимний. Для 210Pb характерен максимум объемной активности зимой.

Анализ взаимного поведения объемных активностей 7Be и 210Pb показал, что данные радионуклиды ведут себя схожим образом только в весенне-летний период (с апреля по октябрь). Поэтому совместно 7Be и 210Pb можно использовать в качестве трассеров атмосферных процессов только в летний период.

Список публикаций

1. Ali N. et al. // Atmospheric Environment. 2011. Vol. 45. P. 5699 - 5709.

2. Ioannidou A. et al. // Applied Radiation and Isotopes. 2005. Vol. 63. P. 277 - 284.

Размещено на Allbest.ru