< Попер   ЗМІСТ   Наст >

Геохімічні процеси самоочищення

Фізико-хімічні форми радіонуклідів

Після вивільнення з твердої фази випадінь радіонукліди включаються у біогеохімічні процеси міграції, швидкість яких визначається геохімічними властивостями середовища, зокрема ґрунтового поглинального комплексу (ГПК).

Протягом кількох останніх десятиріч проведено фундаментальні дослідження міграції штучних радіонуклідів, інжектованих у біосферу з різних джерел (глобальні випадіння внаслідок випробувань ядерної зброї, випадіння внаслідок значних радіаційних аварій в Уіндскейлі та на Південному Уралі, численні модельні дослідження). Вивчено і проаналізовано основні закономірності міграції штучних радіонуклідів у природних та напівприродних лучних екосистемах [321, 322, 407, 428] і агроекосистемах [4, 16–18, 78, 79, 162, 252, 255, 320]. Значну увагу приділено проблемі поводження радіонуклідів у ґрунті як вихідній ланці міграції у біогеохімічні ланцюги [162, 212, 236, 248, 259]. Слід зазначити, що більшу частину згаданих досліджень було проведено з використанням радіонуклідів у вихідній водорозчинній формі або на фоні глобальних випадінь, близьких до перших за поводженням у компонентах навколишнього середовища.

Процеси трансформації, абіогенної та біогенної міграції радіонуклідів у наземних екосистемах описуються схемою, що показана на рис. 5.1. Основний блок цієї схеми являє собою ряд обмінних та необмінних трансформацій радіонуклідів у ГПК. Після надходження твердофазних випадінь на земну поверхню відбувається мобілізація радіонуклідів унаслідок розчинення, радіолізу, деструкції матриці випадінь залежно від ступеня окиснення частинок і величини pH середовища, її розчинення та вилуговування радіонуклідів в умовах зволоженого ґрунту. Ці процеси незворотні та ведуть до утворення водорозчинних й обмінних форм радіонуклідів, об'єднаних у блок мобільних форм. Трансформація радіонуклідів між мобільними формами відбувається внаслідок іонного обмі-

Схема абіогенних та біогенних процесів трансформації і міграції радіонуклідів у наземних екосистемах

Рис. 5.1. Схема абіогенних та біогенних процесів трансформації і міграції радіонуклідів у наземних екосистемах

ну. Мобільні форми радіонуклідів включаються в процеси обмінної та необмінної фіксації у ГПК, вертикальної водної та біогенної міграції.

До Чорнобильської катастрофи дослідження форм знаходження техногенних радіонуклідів у природних умовах проводилися в період забруднення навколишнього середовища продуктами ядерних вибухів в атмосфері [205, 235]. Розрізняють водорозчинні, іонообмінні та менш рухомі кислото- розчинні форми, більш-менш міцно пов'язані з гумусовими речовинами ґрунту та ґрунтовими мінералами. Водорозчинні форми (W) підлягають процесам, пов'язаним з рухом розчинів, можуть виноситися із системи під час водної міграції, а також засвоюватися рослинністю при кореневому живленні. Ближнім резервом водної міграції радіонуклідів є іонообмінна форма (E). Обмінними називають катіони, що утримуються ґрунтом під дією електростатичних сил і можуть бути заміщені еквівалентною кількістю катіонів із розчинів нейтральних солей. Консервовані (фіксовані) форми (F), які надовго виводять радіонукліди з активних обмінних і міграційних процесів, розглядають як віддалений резерв водної міграції [36].

Для експериментального визначення вмісту фізико-хімічних форм радіонуклідів у ґрунтах використовують методики, що передбачають аналіз активності радіонукліда у вихідному об'єкті та послідовних витяжках (екстрактах) із твердого зразка. Найпоширенішими екстрагентами є дистильована вода, 1 М розчин ацетату амонію, кислотні та лужні розчини тощо [41, 96, 98, 235, 236].

Існують різні погляди щодо вибору найперспективніших екстрагентів для визначення рухомих форм та їх інтерпретації. Обробка ґрунту будь-яким хімічним реагентом, унаслідок якої забруднювач розподіляється між твердою та рідкою фазами, може вважатися способом вивчення форм його знаходження. При цьому головну увагу слід звернути на адекватну інтерпретацію отриманих даних. Більшість дослідників до рухомих форм зараховує кислоторозчинну (0,1 н. НСl) як доступну для рослинності форму [70, 129–131, 147, 182, 285, 438]. На основі цього підходу розроблено граничнодопустимі концентрації (ГДК) для рухомих форм металів у ґрунтах (140).

Для виділення обмінних форм застосовують 1 М розчин MgCl2 з pH 7, форм, адсорбованих карбонатами, – 1 М розчин CH3COONa з pH 5, пов'язаних з гідроксидами Mn та Fe – 0,04 М розчин NH2OH • НС1 у 25%- му розчині СН3СООН за температури 95 °С, органічної фракції та металів, що утворюють стійкі комплекси з органічною речовиною, – ΗΝ03202 за температури 90 °С (179, 413|. Зі збільшенням сили кислот та кислотності розчину зростає кількість мікроелементів, що переходять до рідкої фази. Для всіх металів характерне збільшення розчиненої частки у разі екстракції фульвокислотою (ФК) та бінарними сумішами: ФК–NaOH; ФК–НСl; ФК– HCO3-; ФК–F- (283).

У концепції формоутворення в геохімії техногенних радіонуклідів мобільною формою вважають суму водорозчинної (дистильована вода) та обмінної (1 М ацетат амонію) форм [34–36, 40–43, 98]. Такий підхід дає змогу описати послідовність процесів трансформації фізико-хімічних форм радіонуклідів за схемою

(5.1)

де As – активність радіонукліда в твердій фазі випадінь; W, E, F – відповідно водорозчинні, обмінні та фіксовані форми радіонукліда у ґрунті; kм, kЕ, kF, kR – константи швидкості: мобілізації (як результат фізико-хімічних та геохімічних процесів вилуговування радіонуклідів та деструкції частинок), іонного обміну, фіксації та ремобілізації радіонуклідів у ҐПК відповідно. Процеси трансформації радіонуклідів у ґрунті визначають інтенсивність абіогенних та біогенних потоків радіонуклідів.

 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >