Курс лекций Ставрополь, 2015 содержание стр. Введение лекция Введение в радиобиологию. Тема физические основы радиоэкологии лекция 2: Физическая характеристика атомов и радиоактивный распад ядер






НазваниеКурс лекций Ставрополь, 2015 содержание стр. Введение лекция Введение в радиобиологию. Тема физические основы радиоэкологии лекция 2: Физическая характеристика атомов и радиоактивный распад ядер
страница10/19
Дата публикации04.03.2017
Размер2.7 Mb.
ТипЛекция
h.120-bal.ru > Документы > Лекция
1   ...   6   7   8   9   10   11   12   13   ...   19

Лекция 10: Поведение радионуклидов в почве.


  1. Миграция радионуклидов в почве.

  2. Формы нахождения радионуклидов в почве.

  3. Поглощение и закрепление радионуклидов почвами.

  4. Свойства почв, влияющие на поведение радионуклидов.



1. Миграция радионуклидов в почве.

Радиоактивные вещества, попадающие в атмосферу, в конечном счете, концентрируются в почве. Они могут частично вымываться из почвы и попадать в грунтовые воды. Однако почва довольно прочно удерживает попадающие в нее радиоактивные вещества. От поведения радионуклидов в почве зависит их дальнейшая судьба: размеры вымывания их с осадками, миграция по почвенному профилю, степень перехода в прочносорбированное (фиксированное) состояние и интенсивность поступления в растения. Чем полнее радионуклиды поглотятся почвенным поглощающим комплексом ППК, чем прочнее они закрепятся в поглощенном состоянии, тем меньше будут вымываться с осадками, мигрировать по профилю почвы и в относительно меньших количествах будут поступать в растения.

Миграцию радионуклидов в почве можно рассматривать как непрерывно повторяющийся ряд процессов сорбции и десорбции под влиянием различных факторов, приводящих к их векторному переносу, рассеиванию и концентрированию.

Факторы, влияющие на миграцию радионуклидов разнообразны по природе и степени влияния. К ним относятся:

  1. физико-химические свойства радионуклидов;

  2. формы их нахождения в почве;

  3. физико-химические свойства почв (присутствие в почвенном растворе посторонних или конкурирующих катионов; величина рН; наличие в растворе мигрирующих коллоидов; комплексообразующая способность растворенных органических веществ и др.);

  4. климатические и геоморфологические свойства (смена почв с глубиной, гидрология, характер подстилающих пород);

  5. тип растительности;

  6. хозяйственная деятельность человека.

Радионуклиды, входящие в состав первоначально осажденных частиц, будучи необратимо сорбированными почвенными частицами или находясь в ионообменных позициях в этих частицах, подвержены процессам, сопряженным с миграцией самих этих частиц. Те же радионуклиды, которые находятся в почвенном растворе или входят в органические комплексы, подвержены процессам, сопряженным с движением растворов [Анненков Б.Н. и др., 1991; Уорнер Ф. и др., 1999].
Важнейшие процессы, ответственные за миграцию радионуклидов в почве.

  • сорбция;

  • ресуспензия;

  • перенос вещества (массоперенос и биотурбация);

  • выщелачивание.

Сорбция.

Возможность переноса радионуклидов в почвенном профиле зависит от их химической и биологической «доступности». Химически растворимая фракция радионуклидов в почве, доступная для переноса в потоке вещества, не всегда биологически доступна. Наиболее распространенным подходом в оценке величины сорбции является использование коэффициента распределения Кd, определяемого как отношение концентрации радионуклидов в твердой фазе (Бк/г сухой массы) и их концентрации в жидкой фазе растворов (Бк/мл). Радионуклиды с высокими значениями Кd (например, плутоний, цезий) в определенных условиях обычно незначительно мигрируют в почве и обладают большим потенциалом для ресуспензии, тогда как радионуклиды с низкими значениями Кd (например, стронций) активнее мигрируют в почве и обладают незначительной вероятностью быть вовлеченными в процесс ресуспензии.

Ресуспензия.

Ресуспензия радионуклидов, связанных с частицами почвы, представляет собой механизм их выноса из рассматриваемой системы путем эрозии под воздействием воды или ветра и последующего загрязнения ими поверхности растений. Механизм ресуспензии обычно описывается с помощью эмпирического коэффициента ресуспензии (КР), определяемого как отношение концентраций радионуклидов в воздухе (БК/м3) и на поверхности земли (БК/м2).

Перенос вещества.

Перенос вещества может проходить под воздействием физических механизмов (например, при передвижении частиц почвы через макропоры), а также в результате деятельности роющих организмов. Биотический перенос радионуклидов роющими организмами или же в результате их жизнедеятельности может представлять собой весомый и быстрый путь миграции радионуклидов в поверхностном слое почвы. Для тех радионуклидов, которые внедряются в почвенные частицы и поэтому не выщелачиваются, вторичное распределение по почвенному профилю будет осуществляться в основном посредством массопереноса.

Выщелачивание.

Выщелачивание – это вынос растворимого компонента из пористого твердого вещества просачивающейся водой. Определить выщелачивание радионуклидов из почвенного профиля в процессе выщелачивания достаточно трудно даже с помощью сложных моделей.

Скорость самоочищения почв от радионуклидов зависит от скорости их радиоактивного распада и миграционной способности. В тяжелых (глинистых и тяжелосуглинистых) почвах радионуклиды в течение длительного времени находятся в верхнем 10-см слое целинных почв или в пахотном слое освоенных почв. В песчаных почвах они в течение первых десятилетий просачиваются в более глубокие слои и могут проникать в грунтовые воды. Миграция радионуклидов осуществляется с поверхностным стоком и ветровыми потоками, что приводит к расширению ареалов загрязнения.
2. Формы нахождения радионуклидов в почвах.

Среди многообразия форм выделяют водорастворимую, обменную, необменную и прочносвязанную необменную. Под водорастворимой понимают ту часть радионуклидов, которая экстрагируется из почвы дистиллированной водой. Радионуклиды в обменной форме экстрагируются 1н. раствором ацетата аммония, в необменной форме – 6н. раствором соляной кислоты. Радионуклиды в необменной прочносвязанной форме способны экстрагироваться только смесью плавиковой и азотной кислот.

Среди этих форм наибольшую роль играют первые две, поскольку они способны усваиваться растениями и, следовательно, мигрировать по биологической цепочке. Каждый из радионуклидов присутствует в почве в водорастворимой, обменной и необменной формах одновременно, однако соотношение между этими формами для разных радионуклидов существенно различается.

Имеется классификация, которая построена в зависимости от наличия факторов, оказывающих влияние на поведение радионуклидов в системе почва-раствор (Тимофеев-Ресовский).

  1. Zn, Cd, Co – обменный тип поведения, в почве могут закрепляться вследствие сорбции почвенными минералами – органоминеральные комплексы.

  2. Na, Rb, Sr – обменный, механизм закрепления – ионный обмен. Характеризуются относительно слабым закреплением и высокой подвижностью. Важный фактор миграции – присутствие в растворе других катионов. В области микроконцентраций изменение их количества не влияет на процессы сорбции-десорбции.

  3. Cs – имеет признаки обменного и необменного типа. Максимально важен признак миграции – изменение собственной концентрации.

  4. Ce, Zn, Nb, Fe, Ru – многоморфный тип поведения, десорбция из почвенного фильтрата <10%, вытеснение катионами слабое, увеличение рН уменьшает их сорбцию.

  5. Ag – многоморфный с переменной валентностью.

Радионуклиды, являясь изотопами химических элементов, характеризуются теми же свойствами, что и их стабильные изотопы.
3. Поглощение и закрепление радионуклидов почвами.

Количественными критериями, описывающими процессы взаимодействия радионуклидов с почвами, являются полнота поглощения (сорбция) их ППК и прочность закрепления в поглощенном состоянии.

Емкость поглощения почвы зависит от содержания в ней высокодисперсных частиц. Фракция почвы, частицы которой крупнее 0,001 мм, обладает емкостью поглощения от 0,12 до 13,4 мг*экв., а фракция частиц меньше 0,001 мм – от 20,6 до 107,4 мг*экв. на 100 г. Почвы, содержащие большее количество высокодисперсных частиц (размером менее 0,001 мм), характеризуются высокой емкостью поглощения.

Радионуклиды в почве присутствуют в микроколичествах. Следовательно, в процессе поглощения микроколичества радионуклидов не конкурируют за места на поверхности сорбента, так как по отношению к ним насыщенность сорбента всегда остается очень низкой. В тоже время, изменение концентрации макроэлементов в такой системе может существенно повлиять на распределение микроколичеств радионуклидов между раствором и сорбентом. Твердая фаза почвы довольно полно поглощает все радионуклиды (80-99%), за исключением 106Ru (50-60%).

Об относительной подвижности радионуклидов в почве судят по прочности закрепления их в поглощенном состоянии, т.е. по их количеству, вытесненному из почвы водой или растворами различных солей. При сравнении способности радионуклидов к вытеснению из поглощенного состояния катионами солей наблюдаются более резкие различия в поведении в почвах микроколичеств радионуклидов.

Например, если сопоставить прочность закрепления в поглощенном состоянии долгоживущих радионуклидов 90Sr и 137Cs, то оказывается, что они неодинаково вытесняются из почвы. Из всех почв 90Sr вытесняется в большем количестве, чем137Cs. Оба этих радионуклида поглощаются почвами по типу ионно-обменной сорбции. Однако, поглощенный 137Cs закрепляется прочнее, чем 90Sr. Часть 137Cs поглощается почвой в необменной форме.

На разных почвах прочность закрепления поглощенных радионуклидов неодинакова. Более прочно они закрепляются в черноземе. В дерново-подзолистой супесчаной почве радионуклиды находятся в наиболее подвижном состоянии.
4. Свойства почв, влияющие на поведение радионуклидов.

К свойствам почвы, влияющим на поведение радионуклидов в почве, относятся кислотность почвенного раствора, величина емкости поглощения почв, состав обменных катионов, содержание органического вещества, гранулометрический и минералогический состав почв и др.

Реакция среды и состав обменных катионов – факторы, определяющие степень поглощения и прочность закрепления радионуклидов при их попадании в почву.

1) Кислотность почвенного раствора существенно влияет на процессы поглощения и закрепления радионуклидов почвой, следовательно, и на интенсивность перехода радионуклидов из почвы в растения. Из кислых почв радионуклиды поступают в растения в больших количествах, чем из почв слабокислых, нейтральных или слабощелочных. При увеличении кислотности почвы снижается прочность закрепления ППК 90Sr и 137Cs и соответственно возрастает интенсивность поступления их в растения. При повышении рН ряд радионуклидов переходит из ионной формы в различные гидролизные комплексные соединения, что снижает их доступность для растений. Кислотность оказывает и косвенное влияние на сорбцию почвами радионуклидов, изменяя емкость катионного обмена. Дерново-подзолистые почвы характеризуются высокой исходной кислотностью и слабой насыщенностью основаниями. При добавлении извести в такую почву резко повышает долю прочно закрепленных радионуклидов в почве и способствует их переводу в необменное состояние [Анненков Б.Н. и др., 1991].

Известкование кислых почв не только создает условия для лучшего роста растений, но и является одновременно средством существенного уменьшения поглощения радионуклидов растениями из почвы. В среднем для большинства сельскохозяйственных растений минимум накопления 90Sr и 137Cs отмечался при рНксl – 6,7, что на 0,7 выше агрохимического оптимума [Путятин Ю.В. и др, 2005].

2) Обменные ионы.

Обменные ионы составляют небольшую часть от общего содержания химических элементов в почвах. Их количество измеряется единицами и десятками мг-экв на 100 г почвы.

На сорбционно-десорбционные процессы оказывают влияние присутствующие в почвенном растворе обменные катионы. Каждая почва в естественном состоянии содержит определенное количество обменно-поглощенных катионов. Преобладающими в ППК и играющими большую роль в почвенных процессах и формировании физико-химических свойств почв являются катионы: Ca2+, Mg2+, H+, Al3+, Na+, K+, NH4+, в незначительных количествах Mn2+, Fe2+, а также Li+, Sr+ и др. В большинстве почв среди них преобладает Ca2+, второе место занимает Mg2+, в некоторых почвах в поглощенном состоянии в значительном количестве содержится Н+ и обычно относительно немного Na+, K+, NH4+ и Al3+. Общее количество всех поглощенных (обменных) катионов называется емкостью катионного обмена (ЕКО), которая выражается в мг-экв на 100 г почвы. ЕКО сильно зависит от гранулометрического состава (чем тяжелее, тем выше ЕКО), от минералогического и химического состава почв, и увеличивается с ростом рН.

В поглощенном состоянии могут находиться и анионы (SO42-, PO43-, No3- и др.) на положительно заряженных участках коллоидной мицеллы.

На основании данных по сорбции можно выделить специфический вытеснитель или катион, который вытесняет данный изотоп в большей степени, чем другие. Такие вытеснители для 65Zn, 137Cs, 60Co – 64Cu, для 85Rb, 137Cs – 42K, для 90Sr – 45Ca. Чем больше в почве обменных катионов – элементов-носителей, тем меньше биологическая подвижность радионуклидов, и наоборот.

Степень сорбции радионуклидов зависит не только от количества обменных катионов, но и от содержания их в растворе. С увеличением концентрации сопутствующих катионов в растворе, уменьшается количество радионуклидов, сорбированных твердой фазой почвы (т.е. снижает сорбцию радионуклидов). Однако данная зависимость для разных радионуклидов различна.

3) Гранулометрический состав почв.

На сорбционные процессы радионуклидов в почвах влияет гранулометрический состав почв. Это связано с тем, что отдельные фракции механических элементов различаются по химическому и минералогическому составу, а также по физико-химическим и физическим свойствам. Наиболее резкие различия наблюдаются между фракцией ила (<0,001) и остальными фракциями. Доля разных фракций в гранулометрическом составе почв неодинакова (таблица 1 приложения 1).

Установлено, что гранулометрический состав почвы больше влияет на прочность закрепления микроколичеств радионуклидов, чем на величину их поглощения. Тяжелыми почвами (тяжелосуглинистые и глинистые) поглощенные радионуклиды, особенно 137Cs, сильнее закрепляются, чем легкими (песчаные и супесчаные). С уменьшением размера фракций почвы прочность закрепления ими 90Sr и 137Cs повышается. Наиболее прочно закрепляются радионуклиды илистой фракцией.

С уменьшением размеров частиц снижается содержание оксида кремния, возрастает количество полуторных оксидов железа и алюминия и, что особенно важно для процессов сорбции радионуклидов, повышается содержание гумуса и обменных катионов кальция, магния и калия.

4) Минералогический состав почв.

Известно, что отдельные фракции почв различаются не только размером частиц, но и физическими, химическими свойствами и минералогическим составом.

Содержание в илистой фракции почв минералов монтмориллонитовой группы, а также слюд и гидрослюд – одна из основных причин более прочного закрепления микроколичеств 90Sr и 137Cs этой фракцией. Наибольшей поглотительной способностью по отношению к микроколичествам радионуклидов, как и к макроэлементам, обладают минералы монтмориллонитовой группы и группы гидрослюд. Минералы коалинитовой группы и группы слюд характеризуются меньшей сорбционной способностью по отношению к макро- и микроколичествам катионов, находящихся в почве.

Различия в полноте сорбции радионуклидов и в степени их закрепления разными минералами обусловлены, прежде всего, неодинаковой структурой кристаллической решетки минералов. Минералы монтмориллонитовой группы благодаря строению кристаллической решетки отличаются интрамицеллярным поглощением и поэтому не только более полно сорбируют микроколичества радионуклидов, но и более прочно закрепляют их в поглощенном состоянии, чем минералы других групп.

Различают интрамицеллярное и экстрамицеллярное поглощение.

Интрамицеллярное поглощение – это вхождение катионов внутрь кристаллической решетки минералов. Экстрамицеллярное поглощение – поглощение катионов на поверхности слоев кристаллической решетки минералов. Минералы монтмориллонитовой группы поглощают 97-98% радионуклидов, гидрослюды – 80-88%, полевой шпат – 10-50% 90Sr от внесенного. 137Cs более прочно сорбируется почвами, чем 90Sr, что связано с прочной сорбцией радиоцезия минеральной частью, особенно высокодисперсными фракциями, содержащими минералы монтмориллонитовой группы и группы гидрослюд.
1   ...   6   7   8   9   10   11   12   13   ...   19

Похожие:

Курс лекций Ставрополь, 2015 содержание стр. Введение лекция Введение в радиобиологию. Тема физические основы радиоэкологии лекция 2: Физическая характеристика атомов и радиоактивный распад ядер iconКонспект лекций по дисциплине введение в профессию социальная работа лекция 1
Изучением курса “Введение в специальность” студенты начинают постижение самой, пожалуй, молодой, и в то же время сложной профессии...

Курс лекций Ставрополь, 2015 содержание стр. Введение лекция Введение в радиобиологию. Тема физические основы радиоэкологии лекция 2: Физическая характеристика атомов и радиоактивный распад ядер iconЛекция №8. Особенности занятий легкой атлетикой с детьми, подростками,...
Лекция №6. Организация и проведение соревнований по легкой атлетике

Курс лекций Ставрополь, 2015 содержание стр. Введение лекция Введение в радиобиологию. Тема физические основы радиоэкологии лекция 2: Физическая характеристика атомов и радиоактивный распад ядер iconУчебное пособие Содержание Введение Тема Теория социальной работы...
Тема Теория социальной работы как учебная дисциплина; научные основы социальной работы

Курс лекций Ставрополь, 2015 содержание стр. Введение лекция Введение в радиобиологию. Тема физические основы радиоэкологии лекция 2: Физическая характеристика атомов и радиоактивный распад ядер iconЛекция Физическая культура в общекультурной и профессиональной подготовке...
Лекция Физическая культура в общекультурной и профессиональной подготовке студента

Курс лекций Ставрополь, 2015 содержание стр. Введение лекция Введение в радиобиологию. Тема физические основы радиоэкологии лекция 2: Физическая характеристика атомов и радиоактивный распад ядер iconТехнологии «черного» pr в избирательных кампаниях (2012) содержание: введение (3 стр)
«Черный» pr – неотъемлемая технология любой предвыборной кампании (8 стр)

Курс лекций Ставрополь, 2015 содержание стр. Введение лекция Введение в радиобиологию. Тема физические основы радиоэкологии лекция 2: Физическая характеристика атомов и радиоактивный распад ядер iconКонспект лекций
Лекция Тема: Современные трактовки предметной области политической философии (4 час.)

Курс лекций Ставрополь, 2015 содержание стр. Введение лекция Введение в радиобиологию. Тема физические основы радиоэкологии лекция 2: Физическая характеристика атомов и радиоактивный распад ядер iconКурс лекций общепрофессиональной дисциплины оп. 14 Безопасность жизнедеятельности
Лекция Здоровье и здоровый образ жизни. Факторы, способствующие укреплению здоровья

Курс лекций Ставрополь, 2015 содержание стр. Введение лекция Введение в радиобиологию. Тема физические основы радиоэкологии лекция 2: Физическая характеристика атомов и радиоактивный распад ядер iconЛекция Отечественная историография Гражданской войны в России Лекция...
Лекция Национальная политика советского государства: теория и практика вопроса

Курс лекций Ставрополь, 2015 содержание стр. Введение лекция Введение в радиобиологию. Тема физические основы радиоэкологии лекция 2: Физическая характеристика атомов и радиоактивный распад ядер iconЛекция религии современных неписьменных народов: человек и его мир...
Редактор Т. Липкина Художник Л. Чинёное Корректор Г. Казакова Компьютерная верстка М. Егоровой

Курс лекций Ставрополь, 2015 содержание стр. Введение лекция Введение в радиобиологию. Тема физические основы радиоэкологии лекция 2: Физическая характеристика атомов и радиоактивный распад ядер iconКонспект лекций по дисциплине «Технология и организация въездного туризма»
Лекция Инкаминг. Характеристика современного туррынка. Особенности истории развития въездного туризма






При копировании материала укажите ссылку © 2015
контакты
h.120-bal.ru
..На главнуюПоиск