Особливості радіоекологічного моніторингу ґрунтів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Уманський державний педагогічний університет імені Павла Тичини

Особливості радіоекологічного моніторингу грунтів

Парахненко Владислав Геннадійович доктор філософії з наук про Землю, викладач кафедри хімії та екології,

Голуб Богдан Васильович студент, магістр, кафедри біології та здоров'я людини

Умань

Анотація

Земля - це багатство суспільства. Важко переоцінити її роль у вирішенні продовольчої проблеми. Відомо, що потреба населення в основних продуктах харчування в середньому подвоюється кожні тридцять років. Отже, щоб задовольнити продуктами всіх людей, які житимуть у 20142023 рр., потрібно вдвоє збільшити продуктивність сільськогосподарського виробництва. Вирішення цього надзвичайно складного завдання насамперед залежить від ефективності використання землі.

У вік науково-технічного прогресу земля, як і біосфера в цілому, перетворилася з системи, що контролюється природними факторами, в систему, яка працює під сильним впливом антропогенних факторів. У зв'язку з цим площа сільськогосподарського призначення на Україні постійно зменшується. Сотні тисяч гектарів поглинаються ярами, багато земель відводиться під будівництво, страждає від техногенного забруднення та інших шкідливих процесів. Так, за останні 10-12 років на Україні площа сільськогосподарських угідь зменшилася на 480 тисяч гектар. У районах інтенсивного землеробства і високої концентрації промислового виробництва техногенна трансформація грунтів стала на тільки відповідати інтенсивності природного грунтоутворювального процесу, а й набагато його перевищувати.

Для точної оцінки подібних перетворень і здійснення спрямованого регулювання грунтових процесів виникає потреба в організації систематичних спостережень за ними, тобто в організації служби моніторингу. Відсутність такої може призвести до необоротних процесів руйнування грунтового покриву, що потім потребуватиме величезних коштів і часу на його відновлення. Зрозуміло, що як з економічних, так і з господарсько -екологічних міркувань доцільніше й вигідніше запобігати несприятливим змінам, ніж згодом їх усувати[1].

Ключові слова: Земля, науково-технічний прогрес, техногенне забруднення, землеробство, руйнування грунтового покриву.

Abstract

Parakhnenko Vladyslav Gennadiyovych Ph.D. teacher, Department of Chemistry and Ecology, Pavlo Tychyna Uman State Pedagogical University, Uman

Holub Bohdan Vasylovych Student, Master's Degree, Department of Biology and Human Health, Pavlo Tychyna Uman State Pedagogical University, Uman

FEATURES OF RADIOECOLOGICAL MONITORING OF SOILS

Land is the wealth of society. It is difficult to overestimate its role in solving the food problem. It is known that the population's need for basic foodstuffs doubles on average every thirty years. Therefore, to satisfy the food needs of all people who will live in 2014-2024, we need to double the productivity of agricultural production. The solution to this extremely difficult task depends primarily on the efficiency of land use.

In the age of scientific and technological progress, the land, as well as the biosphere as a whole, has transformed from a system controlled by natural factors into a system that is heavily influenced by anthropogenic factors. In this regard, the area of agricultural land in Ukraine is constantly decreasing. Hundreds of thousands of hectares are being swallowed up by ravines, a lot of land is being used for construction, and suffers from man-made pollution and other harmful processes. Thus, over the past 10-12 years, the area of agricultural land in Ukraine has decreased by 480 thousand hectares. In areas of intensive farming and high concentration of industrial production, man-made soil transformation has not only matched the intensity of the natural soil formation process, but has far exceeded it.

For an accurate assessment of such transformations and the implementation of targeted regulation of soil processes, there is a need to organize systematic observations of them, i.e., to organize a monitoring service. The absence of such a service can lead to irreversible processes of soil destruction, which will then require huge amounts of money and time to restore it. It is clear that, for both economic and economic and environmental reasons, it is more expedient and profitable to prevent adverse changes than to eliminate them later[1].

Keywords: Land, scientific and technological progress, anthropogenic pollution, agriculture, destruction of soil cover.

Постановка проблеми

Грунтовий моніторинг - це система спостережень, кількісної оцінки та контролю за використанням грунтів і земель з метою організації управління їх продуктивністю. Він є, як уже відмічалось, складовою частиною екологічного моніторингу і входить до системи моніторингу суміжних середовищ і біосфери в цілому. Необхідно відмітити, що забруднення грунтів, як об'єкт спостережень, має цілий ряд важливих специфічних особливостей. По-перше, грунт - це найбільш малорухоме природне середовище порівняно, наприклад, з атмосферою або поверхневими водами. Міграція забруднюючих речовин в грунті протікає відносно повільно. Як наслідок цього, високі рівні забруднення грунтів деякими речовинами локалізуються в місцях їх викиду в зовнішнє середовище. Окрім того, можлива поступова зміна хімічного складу грунтів, порушення єдності геохімічного середовища та живих організмів. Найбільш інтенсивним шляхом переносу забруднень, які попадають на грунт, може бути перенос з атмосферним повітрям у випадку попадання забруднень з грунту в атмосферу через випарювання або разом з пилом. Іншим відносно швидким шляхом розповсюдження забруднювачів є змив їх уточними водами. Але далеко не всі ці механізми переносу грають суттєву роль у забрудненні грунтів. Під впливом фізико-хімічних факторів і, головним чином, в результаті діяльності мікроорганізмів, здійснюється розпад забруднюючих речовин органічного складу. У ряді випадків, (забруднення грунтів бенз(а)пиреном, пестицидами та іншими речовинами) можливе навіть встановлення рівноваги між попаданням на грунт та їх розпадом у грунті[2].

Огляд останніх досліджень і публікацій

Основні джерела радіаційного забруднення. Методи визначення радіонуклідів в об'єктах навколишнього середовища. Автоматизація спостережень за радіаційними забрудненнями (система «ГАММА» ).

Радіаційний моніторинг -- це інформаційно-технічна система спостережень, оцінки та прогнозу радіаційного стану біосфери.

Основними і потенційними джерелами радіаційного забруднення в мирний час є атомні електростанції, підприємства з виробництва ядерного палива, склади ядерної зброї, підприємства по переробці ядерних відходів, місця захоронення відходів, тощо.

Зараз в Україні працюють 14 енергетичних ядерних реакторів. В медецині, промисловості, наукових закладах використовуються декілька десятків тисяч радіоактивних джерел. Величезна кількість ( близько 800 ПБк ) радіонуклідів знаходиться в об'єкті «Укриття» Чорнобильської зони відчуження. ґрунтовий покрив спостереження

Незважаючи на великі зусилля по підвищенню безпеки експлуатації ядерних реакторів та інших ядерних об'єктів, всі вони є джерелами ядерної небезпеки і потенційними джерелами радіаційного забруднення навколишнього середовища[3].

Основними забруднюючими факторами при радіаційному забрудненні (наприклад, в результаті аварії на АЕС) є радіоактивне випромінювання (в перші години після виникнення аварійної ситуації) та внутрішнє опромінення від радіонуклідів, що попадають в організм людини з продуктами харчування та водою.

Мета статті

Мета цієї статті полягає в аналізі та висвітленні сучасних підходів до радіоекологічного моніторингу ґрунтів, визначенні основних методів та інструментів, що використовуються в цій сфері, а також оцінці їхньої ефективності для забезпечення екологічної безпеки та здоров'я населення.

Виклад основного матеріалу

Зараз існує велика кількість різноманітного обладнання для відбору і вимірювання активності проб повітря. Але поки що немає методики, яка б задовольняла всі вимоги післяаварійного радіаційного моніторингу. Зокрема не існує техніки, яка б дозволяла проводити роздільні вимірювання різних хімічних форм радіойоду. Потребують суттєвого удосконалення методики хімічного відокремлення та вимірювання чистих а- та в- випромінювачів у аварійних умовах.

Існує широкий спектр обладнання для проведення у- спектрометрії, але це обладнання призначено для вимірювання природних та довготривалих радіонуклідів. У випадку короткотермінових оцінок потужність експозиційної дози може бути дуже високою і досягати 1 мЗв/год.

В таких полях стандартні германієві детектори не працюють через високі імпульсні навантаження, а спектрометри на базі натрійових детекторів не мають достатнього енергетичного забезпечення, необхідного для спектрометрії свіжих радіоактивних опадів.

Для більшості населення України, яке проживає на забруднених територіях, основним джерелом ефективної колективної дози є продукти харчування. Наприклад, 70 -- 90 % надходжень Cs (137) пов'язано з вживанням молока[4].

Дози довгострокового опромінення населення за рахунок Cs-137 та Sr- 90 в продуктах харчування залежать від різної хімічної поведінки радіонуклідів у грунті. Після випадання на грунт цезій фіксується в мінеральних фракціях грунту і стає менш доступним для рослин. Вважається, що такий процес фіксації в мінеральних фракціях грунтів завершується протягом перших кількох років, хоча значна частина Cs-137 залишається в хімічних формах, які цілком доступні для рослин.

Методи радіаційного моніторингу повинні включати в себе як оцінку стану джерела забруднення, так і оцінку забруднення навколишнього середовища в близькій зоні ( до 5 км ) і дальній зоні ( до 100 км ). Повинні бути розроблені конкретні часові рамки, формати даних моніторингу, процедури їх передачі та використання для прогнозу доз опромінення і вироблення рекомендації для прийняття рішень.

В Україні в рамках програми технічної допомоги Європейського Союзу «TACIS» з 1994 року створюється система радіаційного моніторингу «ГАММА». Реалізація першої стадії цього проекту передбачає створення мережі трьох постів радіоаційного моніторингу на територіях навколо Рівненської та Запорізької АЕС.

Основними завданнями системи ГАММА є :

виявлення значних перевищень рівнів радіаційного фону на підконтрольних територіях;

оповіщення відповідальних осіб про такі перевищення і забезпечення цих осіб інформацією, необхідною для проведення захисних заходів.

Система ГАММА-1 на території України включає в себе національний центр (інформаційно-кризовий центр ІКЦ), розташований в Мінекобезпеки і два локальних центри ( в мм. Рівне та Запоріжжя). Окрім того, до складу системи входять:

27 постів контролю потужності дози у- випромінювання, встановлених в зоні Рівненської АЕС;

11 постів контролю потужності дози у- випромінювання, встановлених у зоні Запорізької АЕС;

1 пост автоматичного контролю а- в- активності аерозолів, розміщений на відстані 5 км від Рівненської АЕС;

1 автоматичний пост контролю у- активності води на Рівненській АЕС;

2 автоматичні пости метеоконтролю (на Рівненській та Запорізькій АЕС).

Інформація про відповідні дози від датчиків по радіоканалах надходить до локальних центрів, а далі по спеціально виділених телефонних каналах передається в національний центр. Міністерство з надзвичайних ситуацій України та обласні підрозділи міністерства в м. Рівне та Запоріжжя також мають доступ до інформації системи ГАММА-1 в режимі реального часу (режим on-line).

В 1992 - 2000 р.р. на 5-му енергоблоці Запорізької АЕС було реалізовано пілотний проект системи дистанційного моніторингу АЕС. Мета системи дистанційного моніторингу полягає в отриманні і передачі в ІКЦ незалежної інформації про стан АЕС в реальному масштабі часу. Цей проект здійснено в рамках програми співробітництва з Федеральним міністерством екобезпеки Німеччини.

В 1997 році німецька сторона поставила комп'ютерне та комутаційне обладнання, призначене для прийому, обробки та візуалізації параметрів у ІКЦ. Проведена інсталяція виділеного телефонного каналу між ІКЦ та Запорізькою АЕС, по якому буде здійснюватись автоматична передача даних в ІКЦ в реальному масштабі часу [5].

В плани Мінекобезпеки входить розповсюдження системи дистанційного моніторингу на всі АЕС України ( при належній підтримці Німеччини). Європейський Союз в рамках програми TACIS паралельно з системою ГАММА розробив і впроваджує систему RODOS ( Real Time On-line Decision Support System ) -- європейська система підтримки прийняття рішень в реальному часі по зовні об'єктному реагуванні при ядерних аваріях. В проекті RODOS задіяні вчені більше 40 інститутів країн Центральної і Східної Європи, України.

Основними задачами системи RODOS є забезпечення засобами для обробки і управління великими об'ємами інформації метеорологічного та радіаційного типу, здійснення оцінки і прогнозу радіаційної ситуації у випадку аварії, а також моделювання використання контрзаходів і варіантів дій при аварії.

Результати досліджень

Методика визначає послідовність отримання первинної базової інформації, яка необхідна для оцінки радіаційної ситуації на землях, зазнавших радіоактивного забруднення.

Обстеження території землекористування складається з двохетапів: перший - проведення -зйомки, яка дозволяє точно визначати оптимальні місця для пробовідбору; другий відбір проб грунту в оптимальних місцях.

Зйомка здійснюється за допомогою перевірених та градуйованих приладів СРП-68-01 на відстані 1 метру від поверхні грунту. Зйомці передує збір і ретельний аналіз всієї наявної інформації по господарству, за результатом якого визначають наступну стратегію виконання робіт по уточненню радіаційного становища[6].

Якщо є достеменні відомості про щільність забруднення, визначену експрес методом, а також результати - спектрометрії, то цілком достатньо провести лише контрольний пробовідбір, у кількості 3 - 4 проб, який після обробки та співставлення результатів з раніше отриманими даними може бути підставою для проведення або відмовлення від подальшої роботи по уточненню. В такому випадку, коли наявна інформація викликає сумнів, уточнення радіаційної обстановки здійснюють в повному обсязі. Необхідно врахувати також абсолютні значення щільності забруднення сільгоспугідь. Більш детально слід обстежувати території, де щільність забруднення перевищує 5 Кі\км2 . Співвідношення обсягів робіт на щільності менше 5 Кі\км2 і більше 5 Кі\км2 повинно складати 1:2. Ступінь детальності обстеження в кожному господарстві визначають спеціалісти ОПНСХ з використанням районних та обласних карт радіоактивного забруднення.

Картографічною основою для проведення - зйомки є плани землекористування, виконані за мірилом 1:10000 та 1:25000. На планах повинні бути визначені межі полів, сіножатей, пасовищ і лісів, шляхи сполучень, гідрографічна сітка, контури населених пунктів, позначення полів та сівозміни, грунти, інша допоміжна інформація, яка характеризує кожне конкретне угіддя. Треба також по кожному полю мати інформацію про обробіток грунту після 1986 року. Для проведення - зйомки цілком придатна картографічна основа, яка використовується при грунтово - агрохімічному обстеженні сільгоспугідь. Але на відміну від останнього, особливість - зйомки полягає в тому, що елементарною ділянкою в даному випадку вважається все поле, на якому через кожні 200 метрів позначено маршрутні ходи. Початок і кінець маршруту розміщується не ближче 50 метрів від межі поля. Рухаючись за маршрутом, виконавиць проводить індикаційні виміри за допомогою приладу СРП-68-01. Результати вимірювань реєструються таким чином: при незначних змінах показників приладу (не більше 30%) значення гама фону відмічають в плані по маршрутній лінії через кожні 200 м; якщо при безперервному спостереженні різниця між показниками приладу перевищує 30%, то цей результат фіксується в плані проведення виміру, навколо якого в радіусі 20 -30 метрів здійснюють додаткове обстеження з метою визначення розмірів аномальної плями та нанесення її на картографічну основу[7].

Після завершення першого етапу обстеження приступають до виконання другого етапу робіт, тобто відбору проб грунту з метою оцінки поверхневого радіоактивного забруднення. В умовах однорідного гама фону, коли різниця між окремими показниками вимірювання не перевищує 30%, у межах поля відбирається одна проба. Один змішаний зразок складається з індивідуальних проб грунту, відібраних з 2-х чи 3-х полів сівозміни, якщо забруднення по площі рівномірне. В межах конкретного поля місця пробовідбору розташовують по можливості рівномірно з урахуванням мікроландшафтних особливостей. Для визначення щільності забруднення території плутонієм проводять на цільних ділянках стандартним кільцем діаметром 140 і висотою 50 мм. після відбору кожне кільце упаковують так само, як і проби грунту, відібрані буром.

Для визначення щільності забруднення методикою в 1988 році було завершене суцільне радіологічне обстеження всіх господарств, розташованих на території радіоактивного забруднення. Проте, як доведено Українським НДІ сільгоспрадології, найбільш простим, набагато продуктивнішим і досить точним методом суцільного радіологічного обстеження сільгоспугідь та його уточнення є метод перерахунку даних гама зйомки в щільність забруднення грунту рарадіоцезієм через коефіцієнт пропорційності між ними[8].

Отримавши експериментально обгрунтований середньо зважений коефіцієнт пропорційності можна приступати до проведення суцільного радіологічного обстеження або уточнення щільності забруднення грунтів за даним попередньої (наприклад 1988-го року обстеження) чи знову виконуваної -зйомки.

Результати вимірювання -фону приладом СРД-68-01 підставляють у формулу An = K*P. Після нескладних розрахунків отримують показники щільності забруднення грунту радіоцезієм, за яким по кожному господарству складаються картограми, відомості забруднення полів та радіологічні паспорти.

На основі картограм щільності забруднення всі поля необхідно розподілити на 3 групи - до 5 Кі\км2,5 -10 і 10 -15 Кі\км2 . при можливості в межах кожної групи полів доцільно провести нове землевпорядкування території з урахуванням щільності забруднення грунту та особливостей накопичення радіоцезію врожаєм сільськогосподарських культур[9].

Результати радіологічного обстеження використовують також з метою попередньої оцінки (прогнозування) можливостей отримання продукції рослинництва, м'яса і молока з вмістом радіонуклідів, що перевищує можливий припустимий рівень[10].

Висновки

Глобальне погіршення екологічної ситуації в Україні, в тому числі агроекологічного стану грунтового покриву - основного природного компонента, який щільно пов'язаний і взаємодіє з іншими об'єктами навколишнього середовища, насамперед з грунтовими водами, рослинністю, атмосферним повітрям і сильно впливає на їх склад та хімічну чистот, -вимагає від Держагрохімслужби негайного переходу від агрохімічного обстеження грунтів до проведення суцільного грунтово - агрохімічного моніторингу сільськогосподарських угідь. Останній, як відомо, належить до моніторингу екологічного типу і складається з трьох основних ланок: обстеження грунтів (включаючи проведення лабораторних аналізів) - оцінки їх еколого - агрохімічного стану - прогнозування змін відповідних показників та управління грунтовою родючістю( тобто такою специфічною властивістю грунтів, що якісно відрізняє їх від вихідної (материнської) гірської породи[11].

На відміну від агрохімічного обстеження грунтів, яке починаючи з 1965 року періодично по 5 - ти річним циклам здійснюється обласними проектно - пошуковими станціями хімізації практично в усіх господарствах, суцільний грунтово - агрохімічний моніторинг сільгоспугідь підіймає цей надзвичайно важливий напрямок діяльності агрохімічної служби на більш високий науково - методичний рівень перед усім за рахунок ланки прогнозування і якості оцінки грунтів за комплексом агрохімічних, агрофізичних і токсикологічних показників.

З огляду на це доцільно вивчити і використати досвід зарубіжних країн в галузі організації агроландшафту в грунтового моніторингу (США); усунення негативних наслідків хімізації (Японія, Нідерланди, Швеція); радіоекологічних досліджень (Японія, Швеція); маркетінгу природоохоронних технологій (Німеччина, Японія); обчислювальної техніки для моніторингу (США, Болгарія); організації якісного водопостачання і контролю якості продукції (Франція, Австрія); організації і доведення до споживачів кліматичної інформації (Франція, Великобританія); еколого-виховної роботи (Німеччина, Швейцарія)[12].

Література

1. Bilyavsky G.O., Butchenko L.I. Fundamentals of ecology: theory and practice: a textbook. K.: Lybid, 2004. 368 с.

2. Grodzinsky D.M. Radiobiology: a textbook. Kyiv: Lybid, 2000. 448 с.

3. Kutlakhmedov Y.O., Korohodin V.I., Koltover V.K. Fundamentals of radioecology: textbook edited by V.P. Zotov. K.: Vysha Shkola, 2003. 319 с.

4. Nikberg I.I. Radiation hygiene. K.: Zdorovye, 1999. 160 с.

5. Perepelyatnikov G. P. Fundamentals of general radioecology: monograph. 2nd edition; in Ukrainian; corrected and supplemented. K.: Atika, 2012. 440 с.

6. Konstantinov M.P., Zhurbenko O.A. Radiation safety: Study guide. Sumy: University Book Publishing House, 2003. 151 с.

7. Assessment of the state of chemical and radioactive pollution of anthropogenic geocomplexes. Modern geography and the environment: Collection of scientific papers. Vinnytsia, 1999. С. 30-32.

8. Ivanov E.A. Landscape and geochemical assessment of geocomplexes under the influence of mining industry. Ukraine and global processes: geographical dimension: Materials of the VIII Congress of the Ukrainian Geographical Society. K.: Obriy, 2001. Т. 4. С. 35-40.

9. Large-scale territorial environmental problems. Geography of Ukraine. Lviv: Svit, 1994. С. 108-115.

10. Davydchuk V. S., Sorokina L. Yu., Kalynenko L. V., Hryniuk N. R. Application of the landscape approach in substantiating the rehabilitation of radioactively contaminated lands. Landscape as an integrating concept of the XXI century: Collection of scientific papers. К., 1999. С. 205-208.

11. Environmental and social priorities of development of radiation contaminated regions of Ukraine. Regional environmental problems: Collection of scientific papers. K.: Obriy, 2002. С. 274-277.

12. Substantiation of the content and organization of radioecological monitoring of agrolandscapes with spotty radioactive contamination. Regional environmental problems: Collection of scientific papers. K.: Obriy, 2002. С. 126-128.

References

1. Biliavskyi H. O., Butchenko L. I. 2004. Osnovy ekolohii: teoriia i praktykum: navch. posib. K.: Lybid, 368 s.

2. Hrodzynskyi D. M. 2000. Radiobiolohiia: pidruchnyk. Kyiv: Lybid, 448 s.

3. Kutlakhmedov Yu. O., Korohodin V. I., Koltover V. K. 2003. Osnovy radioekolohii: navch. posib. za red. V. P. Zotova. K.: Vyshcha shk., 319 s.

4. Nikberh I. I. 2009. Radiatsiina hihiiena. K.: Zdorovia, 160 s.

5. Perepeliatnikov H. P. 2012. Osnovy zahalnoi radioekolohii: monohrafiia. 2-he vyd.; ukr. movoiu; vypravl. i dop. K.: Atika, 440 s.

6. Konstantinov M. P., Zhurbenko O.A. 2007. Radiatsiina bezpeka: Navchalnyi posibnyk. Sumy: VTD «Universytetska knyha», 151 s.

7. Ivanov Ye. 2009. Otsinka stanu khimichnoho i radioaktyvnoho zabrudnennia antropohenno-obumovlenykh heokompleksiv. Suchasna heohrafiia ta navkolyshnie pryrodne seredovyshche: Zbirnyk naukovykh prats. Vinnytsia, S. 30-32.

8. Ivanov Ye. A. 2007. Landshaftno-heokhimichna otsinka heokompleksiv v umovakh vplyvu hirnychodobuvnoi promyslovosti. Ukraina ta hlobalni protsesy: heohrafichnyi vymir: Materialy VIII zizdu Ukrainskoho heohrafichnoho tovarystva. K.: Obrii, T. 4. S. 35-40.

9. Zastavnyi F. D. 2009. Velykomasshtabni terytorialni pryrodookhoronni problemy. Heohrafiia Ukrainy. Lviv: Svit, S. 108-115.

10. Davydchuk V. S., Sorokina L. Yu., Kalynenko L. V., Hryniuk N. R. 2009. Zastosuvannia landshaftnoho pidkhodu pry obgruntuvanni reabilitatsii radioaktyvno zabrudnenykh zemel. Landshaft yak intehruiucha kontseptsiia KhKhI storichchia: Zbirnyk naukovykh prats. K., S. 205-208.

11. Hukalova I. V. 2002. Ekolohichni i sotsialni priorytety rozvytku radiatsiino zabrudnenykh rehioniv Ukrainy. Rehionalni ekolohichni problemy: Zbirnyk naukovykh prats. K.: Obrii, S. 274-277.

12. Hamalii I. P. 2002. Obgruntuvannia zmistu ta orhanizatsii radioekolohichnoho monitorynhu ahrolandshaftiv z pliamystym radioaktyvnym zabrudnenniam. Rehionalni ekolohichni problemy: Zbirnyk naukovykh prats. K.: Obrii, S. 126-128.

Размещено на Allbest.ru