Естественная и антропогенная радиоактивность почв

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Международный Университет природы, общества и человека «Дубна»

Филиал «Угреша»

Кафедра экологии и природопользования

Курсовая работа по почвоведению

Тема: «Естественная и антропогенная радиоактивность почв»

Выполнил: Зудов Д.С.

Студент II курса

Группы ЭГ-09

Проверила: доц. Юдина Н.В.

г. Дзержинский 2011 год

Содержание

радионуклид почва растение

Введение

Глава 1. Актуальность тематики, глоссарий

Глава 2. Состояние в почвах естественных радионуклидов урана, радия и тория (обзор)

Глава 3. Глава 3. в компонентах природных комплексов 30-километровой зоны влияния Смоленской АЭС9

Глава 4. Естественная радиоактивность глинистых и песчаных почв и дозы облучения населения в регионах Хиит и Иншас (Египет)

Заключение

Введение

Данная курсовая работа посвящена естественной и антропогенной радиации в почве и её поглощении. В этой работе рассматриваются процессы закрепления радиоактивных изотопов в разных видах почв и при каких факторах происходят данные процессы.

Цель - реферирование научных статей по объединённой тематике.

Для достижения цели исследования были поставлены следующие задачи:

Изучение поглощения радиоактивных элементов почвой при разных условиях.

Прочитать и проанализировать статьи научного журнала «Почвоведение»:

1) Состояние в почвах естественных радионуклидов урана, радия и тория (обзор). (Н.Г. Рачкова, И.И. Шуктомава, А. И. Таскаева, 2010 г.)

2) В компонентах природных комплексов 30-километровой зоны влияния смоленской АЭС. (О.Б. Цветновая, А.И. Щеглов 2009 г.)

3) Естественная радиоактивность глинистых и песчаных почв и дозы облучения населения в регионах Хиит и Иншасс (В.М. Бадави 2009 г.)

Составить глоссарий;

Сделать вывод на основе полученных данных.

Использовались следующие методы:

1) Реферирование статей

2) Графический метод анализа.

Глава 1. Актуальность тематики. Глоссарий

Радиоактивность почв, как естественная, так и антропогенная в наши дни является важным вопросом для исследования. Это связанно с недавними катастрофическими событиями на Чернобыльской АЭС и на АЭС Фукусима-1. Так же с каждым годом увеличивается потребность во всё новых источниках энергии, самым мощным и чистым из которых является атомная энергетика. Однако многие считаю атомную энергетику опасной и сильно влияющей на окружающую среду. Чтобы доказать обратное проводились и проводятся исследования доказывающие, что при правильной эксплуатации воздействие на окружающую среду и почву минимальное, сопоставимое с естественной радиацией.

Глоссарий.

Сорбция - поглощение твёрдым телом или жидкостью вещества из окружающей среды.

Соосаждение - , переход в осадок примесей (микрокомпонентов), сопутствующий осаждению основного вещества (макрокомпонента) из раствора, расплава или пара, содержащих несколько веществ

Гидролиз (от гидро и греч. lэsis -- разложение, распад), реакция ионного обмена между различными веществами и водой

Гидратация (от греч. hydor -- вода), процессы связывания воды химическими веществами.

Фульвокислоты (ФК) -- группа гумусовых кислот, растворимых в воде, щелочах и кислотах.

Корреляция статистическая взаимосвязь двух или нескольких случайных величин

Гранулометрический состав (механический состав, почвенная текстура) относительное содержание в почве, горной породе или искусственной смеси частиц различных размеров независимо от их химического или минералогического состава.

Дерново-подзолистые почвы - это подтип подзолистых почв. Они формируются под мелколиственными лесами, смешанными с хвойными породами. По составу во многом они схожи с подзолистыми почвами.

Радионуклиды -- радиоактивные атомы с данным массовым числом и атомным номером а для изомерных атомов -- и с определенным энергетическим состоянием атомного ядра.

Глей, глеевый горизонт -- горизонт почвенного профиля, характеризующияся зелёной, голубой, сизой или неоднородной сизо-ржавой окраской, бесструктурностью и низкой порозностью.

Гумидный литогенез - образование осадочных горных пород на континентах и в морях в условиях гумидного климата.

Фракции - часть сыпучего или кускового материала (например, песка, дробленой породы) либо жидкой смеси (нефти и другого), выделенная по определенному признаку (по размеру частиц, плотности и др.).

Биомта -- исторически сложившаяся совокупность видов живых организмов, объединённых общей областью распространения в настоящее время или в прошедшие геологические эпохи.

Коллоид - система, в которой дискретные частицы, капли или пузырьки дисперсной фазы, имеющие размер хотя бы в одном из измерений от 1 до 1000 нм, распределены в другой фазе, обычно непрерывной, отличающейся от первой по составу или агрегатному состоянию и именуемой дисперсионной средой.

Бк/кг - беккерель(доза излучения) на килограмм

радионуклид почва население растение

Глава 2. Состояние в почвах естественных радионуклидов урана, радия и тория (обзор)

В данной статье рассматривается способы поглощения радионуклидов почвой.

Задачи: Выявление закономерности между физико-химическим состоянием радионуклидов в почве и их поглощением.

Уран. Известно что в водной среде более устойчивы шестивалентные соединения урана.

При pH< 2.5 они представлены ионом уранила , склонным к гитратации, комплексообразованию и гидролизу.

При концентрации свыше 0.2 мг/л урана гидролизуется в слабокислых почвах (pH 2-4.2) . На поведение урана влияют псевдоколлоидные свойства гидратированного уранила и его адсорбция на частицах с положительным зарядом поверхности. При pH 5-6 коллоид перезаряжается, и катионы урана переходят на отрицательно заряженные коллекторы. Уран может мигрировать в сорбционном виде на гидроксидах железа, глинистых частицах, органических взвесях. На поверхности коллоидной формы уранил-ион образует прочное комплексное соединение. В природных водах с pH<7.5 и концентрацией фосфатов 1 мкМ доминирует ион . В отсутствии ортофосфат-ионов в средах с низкими (1мМ) концентрациями карбонатов продукты гидролиза уранила преобладают в интервале pH 2-12. Прочность комплексов элемента с гуминовыми кислотами в среднем в 1.5-2 раза выше, чем с фульвокислотами. В восстановительных условиях при pH 5 гуминовые кислоты, а при pH 6.0-6.6 - фульвокислоты осаждают уран, в окислительных - образуются растворимые соединения. Концентрация карбонатов 1 мМ почти исключает образование растворимых продуктов гидролиза и препятствует гуматному связыванию при меньших 0.1 мкМ содержаниях гуматновых кислот. При их концентрации 50 нМ и низких (0.5 мМ) содержаниях карбонатов образование гуматов урана доминирует.

Радий. Поглощению радия в почвах способствует высокая концентрация сульфат-иона, низкие содержания кальция и небольшая ионная сила раствора. Ион малосклонен к комплексообразованию. В присутствии органических веществ в почве повышается подвижность и снижается эффективность радиоэлемента. В условиях не загрязнённых поверхностных растворах возможны соосождение радия с карбонатами кальция, гидротированными оксидами железа и сорбция радиоактивного элемента глинистыми элементами, коллоидной кремнекислотой, оксидами марганца. Радий избирательно поглощается коллоидами кремнекислоты даже из высококонцентрированных растворов бария.

Торий. Ионы существуют только в средах с pH 2-3. Он находится в виде полимерных продуктов гидролиза в природных поверхностных водах и в отсутствии комплексообразователей. Торий в виде полимерных продуктов гидролиза эффективно поглощается тонкодисперсными фракциями глинистых минералов и гуминовой кислоты. В природных растворах осаждению тория препятствует комплексообразование тория с органическими лигандами. Торий может мигрировать в форме координационных соединений с фторит-, сульфат-, фосфат-, хлорид-, нитрат карбонат- ионами. В грунтовых водах высокое содержание органических веществ и низкое pH способствует поглощению тория почвами.

Закрепление урана, радия и тория твёрдофазными компонентами почвы. Согласно накопленным данным, поглощение урана, радия, тория зависит от химических свойств, физико-химического состояния и концентрации элементов, гранулометрического и минералогического состава почв, содержание органического вещества, присутствие в растворе некоторых ионов, миграционноспособных коллоидов, комплексообразователей и т.д.

Форма нахождения радионуклидов при поступлении в почву и их распределение по почвенному профилю. В условиях загрязнения радиоэлементы фиксируются в верхних горизонтах почвы глинистыми минералами и органическим веществом почв. При загрязнении изотопы радия мигрируют в более глубокие почвенные горизонты. Радий фиксируется в органоминеральном комплексе верхнего горизонта. Решающие влияние на процессы закрепления радия в загрязнённых почвах оказывает pH, катионный состав среды и концентрация кальция и бария. Совместное присутствие кальция и органического вещества усиливают степень и прочность поглощения радия. В отсутствии кальция наблюдается обратное действие. Со временем физико-химическое состояние и прочность закрепления урана, радия и тория в радиоактивных - загрязнённых почвах может изменяться. На основе проведённых опытов обнаружено, что биологическое поглощение урана зависит от его исходной физической формы. Прочность сорбции водорастворимого радия со временем возрастает. В минеральной толще почвенного профиля даже спустя 2 года преобладает обменная форма радиоэлемента.

Сорбция и мобильные формы радионуклидов в почвах. Значения коэффициента межфазного распределения радионуклидов сильно варьирует даже в средах одного типа. Так, в песчаных почвах для радия они составляют от 106 до 3.8Ч10, для урана - от 0.13 до 16.0 мл/г. Различия обусловлены механизмами взаимодействия с почвенными компонентами. Для почв гумидной зоны выдерживается ряд миграции элементов Ra>U>Th.

Концентрация радионуклидов в жидкой фазе в зависимости от pH. При увеличении в жидкой фазе содержания урана и тория, концентрация элементов уменьшается. При возрастании концентрации тория степень его поглощения луговой почвой увеличивается. Максимум сорбции тория наблюдается в нейтральных и слабощелочных средах, минимум в кислых. В зависимости от параметров сорбции почвой урана от кислотности жидкой фазы существует несколько максимумов. В интервале pH от 9.5 до 10.5 происходит резкое увеличение коэффициентов распределения нуклеотида. При гидролизной формы уранила преобладают в интервале pH от 2 до 12. Поэтому извлечение урана из почв не возрастает. При pH свыше 10 уменьшается извлечение урана. Для радия при pH 1 сорбция выше, чем при pH 2-6. При pH 1-2 достигается высшая подвижность радиоэлемента. Наибольшее количество радиоэлемента удается извлечь в растворе хлорида железа. Сорбция радия возрастает с увеличением водородного показателя среды приближаясь при pH 10 в сильноподзолистой почве. Поглотительная способность радия возрастает в щелочной среде.

Вывод. На основе вышеперечисленных данным мы определили, что интенсивное и прочное поглощение урана, радия и тория происходит в основном за счёт органического вещества и глинистых минералов. За закрепление в почвах урана и тория ответственны процессы ионного обмена, комплексообразования, гидролиза и окисления-восстановления. Для радия наиболее важным считается ионный обмен. По словам автора, сложившиеся методологии исследования не позволяют в полной мере оценить трансформацию форм и механизма связывания радионуклидов в почве.

Диаграмма. Процент поглощенных радионуклидов почвой.

Глава 3. в компонентах природных комплексов 30-километровой зоны влияния Смоленской АЭС

В данной статье рассматриваются особенности накопления и перераспределения в компонентах природных экосистем, расположенных в 30-километровой зоне влияния Смоленской АЭС.

Задачи: определение уровня воздействия Смоленской АЭС и Чернобыльской аварии на окружающие экосистемы в пределах 30-километровой зоны влияния Смоленской АЭС.

В Российской Федерации Смоленская АЭС одна из более эффективных по «культуре безопасности», она функционирует более 25 лет. В связи с постоянными технологическими выбросами АЭС в течении её многолетней эксплуатации и таких долгоживущих радионуклидов как и требуется оценка воздействия на природную среду. Проведённые исследования показали, что плотность загрязнения почвы по в зоне влияния Смоленской АЭС укладывается в диапазон величин, установленных для данного региона в постчернобыльский период и изменяется в 2-3 раза. В зоне влияния Чернобыльской АЭС плотность загрязнения почвы по составляет 6 математических порядков. В настоящее время уровень загрязнения на исследуемой территории существенно не снизился. Максимальные запасы отмечается в почвах лесных биогеоценозах (БГЦ), а минимальных в болотных почвах. Наибольшие коэффициенты варьирования отмечается в почвенном профиле лесных фитоценозов. Максимальное значение коэффициентов вариации наблюдается в слое лесной подстилки, минимальные зафиксированы в слое от 0 до 5 см. Возрастание вариации в горизонте лесной подстилки обусловлена пространственной неоднородностью содержания в составе опада. А увеличение рассматриваемого показателя в нижней части профиля лесных почв связано с различием в интенсивности в течении миграционных процессов по стационарным пробным площадям (СПП). Основная активность сосредоточена в верхней части толщи почв. В хвойных почвах наибольшая его активность удерживается в горизонте лесной подстилки и напротив в односантиметровом слое почв ельника сосредоточено примерно на 10% больше запасов , чем в аналогичном слое сосняк. В почвах березняка наблюдается перемещения всей активности в минеральные слои. Это связано с большим обилием мезофауны в почвах лиственных фитоценозов. В почвах луговых участков большое влияние на перераспределение радионуклида оказывает тип фитоценоза и характер его использования. Отмеченные различия в распределении в почвах исследуемых биогеоценозов (БГЦ) позволяют утверждать, что хвойные леса обладают наиболее выраженными барьерными функциями на пути вертикальной миграции радионуклида и в максимальной степени препятствует их поступлению в грунтовые воды. Расчёты показали, что среди различных видов растительного покрова наименьшим варьированием и уровнем загрязнения характеризуется древесный ярус. Наибольший коэффициент перехода отмечатся для ассимилирующих органов и внутренних слоёв коры хвойных пород, минимальные для древесины. По величине коэффициента перехода (КП) радионуклиды основные лесообразующие породы образуют ряд: сосна>ель>берёза. Для других структур древостоя ряд несколько видоизменяется ель>сосна>берёза. Это связанно с особенностями первичного загрязнения и интенсивности поступления радионуклидов в растения. Уровень загрязнения и диапазон варьирования концентрации в травянистой растительности выше удельной активности ассимилирующих органов древесных пород. Максимальный КП в травянистую растительность отмечается в лесных и болотных БГЦ. Это обусловлено повышенной миграционной способностью радионуклидов в данных группах почв. Среди рассматриваемых видов травянистых растений по величине КП выделяется 2 вида: виды дискриминаторы и виды накопители. Накопление на исследуемых почвах мхами в целом выше, чем травянистыми видами. Среди видов зелёных мхов максимальное количество радионуклида концентрируется в плевроциуме, а минимально в птилиум страусово перо. Максимальной аккумуляцией и диапазоном варьирования обладают грибы. Меньше данный радионуклид накапливают сапротрофы на почве и значительно больше микориозообразователи.

Вывод. В 30-километровой зоне влияния Смоленской АЭС не выявлено ухудшения качества окружающей среды, уровни загрязнения по не выходит за пределы допустимых значений. Особенности распределения радионуклида определяются ландшафтными условиями, структурами сформированных здесь растительных сообществ и компонентов БГЦ. В автоморфных и гидроморфных ландшафтов почв запасы и интенсивность его миграции различны. Наибольшая интенсивность миграции отмечается в почвах болот и лиственных лесов. Среди компонентов биоты максимальным уровнем накопления характеризуются грибы: меньшим - виды мохового покрова и травянистых кустарничкого яруса, минимальным компоненты древесного яруса.

Диаграмма. Коэффициент перехода Cs.

Глава 4. Естественная радиоактивность глинистых и песчаных почв и дозы облучения населения в регионах Хиит и Иншас (Египет)

В данной статье изложены результаты естественной радиоактивности глинистых и песчаных почв двух регионов Египта.

Задачи: Определить величину поглощенной и эффективной доз облучения населения двух регионов Египта, которое обусловлено содержанием в почве.

Для проведения исследований были выбраны два региона Египта - Хиит и Иншас. В результате проведенных исследований выявлены следующие данные по содержанию изучаемых радионуклидов в почве. Объемная активность составляет 7-13 и 5-9 Бк/кг в глинистой и песчаной почвах, активность составляет 5-14 и 5-10 и активность радионуклида - 131-237 и 61-73 Бк/кг. Проведено сравнение полученных результатов с аналогичными данными из литературных источников и выяснено, что полученные результаты исследования близки по значению с результатами, приведенными в источниках.

Так активность радионуклида составляет 5,3-7,7 Бк/кг, -10,7 17 и - 152-202 Бк/кг. Полученные данные также не противоречат интервалам варьирования радионуклидов в глинистых почвах. Таким образом активность в глинистых почвах составляет 29-635 Бк/кг, концентрация радионуклида уранового ряда находится в пределах 5-63,7, а в пределах 2,5 - 95,6 Бк/кг. Результаты исследований не противоречат теоретическим представлениям о механизме поведения данных радионуклидов в почве. Однако содержание радионуклидов литогенного происхождения в почве обусловлено их количеством в материнских породах. Различия в условиях почвообразования приводят к выводу на первое место других факторов. В данном случае - это обогащенность почвы мелкодисперсными фракциям, которые приводят к повышению естественной радиоактивности почв. Средняя мощность поглощенной дозы для глинистой и песчаной почв составляет от 15,4 и 8,7 нГр/ч, а средняя эффективная доза - 18,9 для глинистой и 10,6 мкЗв/г для песчаной почвы. Таким образом мощность поглощенной дозы и эффективной дозы в 2 раза выше в регионе с глинистыми, чем с песчаными почвами.

Вывод. На территориях с глинистыми почвами объемная радиоактивность, мощность поглощенной дозы и эффективная доза для населения, обусловленные содержанием литогенного происхождения, существенно выше, чем на территориях с песчаными почвами. Рассчитанная суммарная доза облучения людей в данных регионах Египта от составляет 24 нГр/ч, что значительно меньше по сравнению с другими странами и в два раза меньше международной предельно допустимой величины.

Диаграмма. Объемная активность радионуклидов в песчаных и глинистых почвах.

1-песчаные почвы 2-глинистые почвы

Заключение

Проведенное исследование, посвященное вопросу изучения поглощения радиоактивных элементов почвой при разных условиях

1). В ходе проведённой работы стали понятны механизмы сорбции различных радионуклидов в различных условиях и различных почвах. Это касается как естественных источников радионуклидов, так и антропогенных.

2). В результате исследования стало понятно, что антропогенное воздействие на экологию и почвы в частности не на много больше, чем естественная.

3). Так же были выявлены закономерности распределения радионуклидов среди растений и грибов.

4). Естественные радионуклиды в глинистых почвах обладают более мощной степенью излучения, чем в песчаных почвах. Однако эта доза облучения в два раза меньше международной предельно допустимой величины.

5). Так же из изученного материала становится ясно, что нужно и дальше проводить исследования в данных направлениях, так как на данный момент методы исследования не позволяют в полной мере оценить ситуацию.

Теоретическая значимость работы состоит в том, что ее результаты способствуют дальнейшим исследованиям данного вопроса.

Размещено на Allbest.ru