Состояние загрязнения и оценка запасов Cs-137 в донных отложениях лимнических зон Ладожского озера

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 23-24-00319

НазваниеСостояние загрязнения и оценка запасов Cs-137 в донных отложениях лимнических зон Ладожского озера

Руководитель Бакунов Николай Александрович, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение "Арктический и антарктический научно-исследовательский институт" , г Санкт-Петербург

Конкурс №78 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-301 - Охрана окружающей среды

Ключевые слова Cs-137, миграция, концентрация, озеро, река, седиментация, донные отложения, сорбция, диффузия, лимническая зона.

Код ГРНТИ87.00.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Глубокие олиготрофные озера высоких широт северного полушария являются важным ресурсом пресных вод питьевого и промышленного назначения. Актуальность исследования водной миграции искусственных радионуклидов (далее – ИРН) для России обуславливается разнообразием природных условий на территории страны и наличием районов со следами радиационных аварий, сохраняющих загрязнение почв и водоемов долгоживущими ИРН с полупериодами распада от 30 (Sr-90, Cs-137) до нескольких тысяч лет (Pu-239, 240). Источником загрязнения озер стали выпадения Cs-137 из атмосферы в 1961–1964 гг., сформировавшие его техногенный фон на поверхности Земли, и более поздние его выпадения в 1986 г. после аварии на Чернобыльской АЭС. На северо-западе России сохраняется актуальность изучения долговременной миграции в водоемах Cs-137, так как по сценариям гипотетических аварий на европейских АЭС [Baklanov A. et al., 2002; Маhura A. et al., 2002] регион находится на пути движения воздушных масс с радиоактивными продуктами аварии, включая Cs-137. При низкой седиментации (<1-2 мм/год) свойственной олиготрофным озерам и высоких коэффициентах распределения Cs-137 в системе «вода – донные отложения» (1000-100000 л/кг) его накопление в грунтах дна на длительное время определяет загрязнение водоема. Концентрации Cs-137 в воде определяются доминирующим положением в сорбционной системе «вода – грунт дна» илов, обладающих высокими значениями коэффициента распределения Cs-137 и значительной мощностью на дне озерных котловин. Грунты водоемов становятся вековым депо Cs-135, 137 и источником загрязнения придонных вод и биоты. Ежегодный вынос Cs-137 из Ладоги с водами р. Нева частично компенсировался поступлением в озеро Cs-137 с водами рек, впадающих в этот водоем. Исток р. Вуокса из сайменской системы озер с повышенным загрязнением «чернобыльским» Cs-137 приводит к долговременному поступлению в Ладогу этого радионуклида. Питание Ладоги из трех озер доноров так же способствует замедлению процесса очищения ладожских вод от Cs-137. Низкие температуры вод и грунтов дна озера (3-5 °С) замедляли дезактивацию грунта от Cs-137.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Бакунов Н.А., Большиянов Д.Ю., Аксенов А.О. 137Cs Migration and Profile in Bottom Sediments of Deep Drainage Lakes, North-Western Russia Radiochemistry, Vol. 65, No. 5, pp. 585–591 (год публикации - 2023)
10.1134/S1066362223050090

2. Аксенов А.О. Применение геоморфометрического метода при исследовании рельефа дна Ладожского озера Известия Русского географического общества, Т. 155, № 1, с. 3-12 (год публикации - 2023)
10.31857/S0869607123010020

3. Бакунов Н.А., Макаров А.С., Большиянов Д.Ю., Правкин С.А., Аксенов А.О. МИГРАЦИЯ 239, 240PU ГЛОБАЛЬНЫХ ВЫПАДЕНИЙ В ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ МОРСКИХ ВОДОЕМОВ И ЛАДОЖСКОГО ОЗЕРА МОРЯ РОССИИ: ОТ ТЕОРИИ К ПРАКТИКЕ ОКЕАНОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ тезисы докладов Всероссийской научной конференции. Севастополь, 2023, 223-231 (год публикации - 2023)

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Загрязнение донных отложений Ладожского озера радионуклидом 137Cs рассматривалось как отклик экосистемы глубоководного водоема на ~60-летний период его миграции. Сток “чернобыльского” 137Cs (1986–2024гг.) из оз. Сайма (Финляндия) в систему «река Вуокса – Ладожское озеро», равный 22 ТБк стал значимым источником загрязнения 137Cs донных отложений водоемов, сопряженных по стоку. По результатам исследований в 2023–2024 гг. представлена карта с уровнями 137Cs (кБк/м2) в отложениях центральной части Ладожского озера. Для района с глубинами 45–75 м плотность загрязнения иловых отложений изменялась от 0.46 до 1.99 кБк/м2. По обобщенным данным 2019–2024 гг. выполнен анализ содержания 137Cs в иловых отложениях четырех лимнических районов озера с глубинами до 100 м, суммарная площадь которых составляет 10163 км2. Это составляет 83% от донной поверхности озера, сформированной озерными илами. Плотность загрязнения 137Cs илов этих районов составила 0.34–1.62 кБк/м2, а запас на площади – 11.2 ТБк. Среди лимнических районов Ладожского озера максимальный запас 137Cs в 5.9 ТБк сформировался в донных отложениях района с глубинами от 50 до 70 м. Запас 137Cs в донных отложениях районов с глубинами более 100 м озера из-за специфики рельефа и гидродинамики подлежит уточнению. Вековой транзит тонкодисперсной взвеси с литорали в бенталь озера способствовал накоплению 137Cs в глубоководной области Ладожского озера. В иловых отложениях, вскрытых донным пробоотбором, загрязнение 137Cs приходится на верхнюю часть осадка в интервалах от 0-6 см до 25-28 см. В иловых отложениях до 15-25% поглощенного 137Cs находилось в обменной химической форме доступной водной миграции. По данным послойного распределения 137Cs в колонках донных отложений определены коэффициенты диффузии 137Cs (D), равные n×(10-9-10-8) см2/с. Обнаружено увеличение коэффициентов D от верхних слоев керна к более глубоким слоям. Запас 137Cs в объеме ладожских вод 908 км3 оценен на 2024 г. приближенно в 0.75 ТБк по допущению близкого уровня 137Cs в поверхностных и глубинных водах озера.

Публикации

Возможность практического использования результатов
Результаты исследований, выполненных в рамках проекта, имеют значительный потенциал для практического использования в различных областях экономики и социальной сферы Российской Федерации. Они способствуют формированию научных и технологических основ, которые обеспечивают экономический рост, развитие экологически устойчивых технологий, улучшение качества жизни населения и повышение безопасности окружающей среды. 1. Мониторинг и управление состоянием водных экосистем: Полученные данные о распределении и миграции радионуклида 137Cs в донных отложениях и водах Ладожского озера могут быть использованы для разработки и усовершенствования систем экологического мониторинга. Это позволит своевременно выявлять участки с повышенным уровнем загрязнения, минимизировать риски для водных экосистем и предотвращать негативные последствия для здоровья населения. 2. Оценка безопасности использования водных ресурсов: Полученные результаты позволяют уточнить риски загрязнения водоемов, которые используются для питьевого водоснабжения, рыболовства и рекреационных целей. Это способствует разработке рекомендаций по безопасному использованию ресурсов и снижению потенциального вреда для здоровья населения. 3. Прогнозирование и предотвращение загрязнений: Анализ динамики миграции радионуклида 137Cs и закономерностей его накопления в донных отложениях предоставляет научную основу для прогнозирования возможных сценариев загрязнения водоемов в долгосрочной перспективе. Эти прогнозы помогут принимать превентивные меры в интересах экологической и социальной безопасности. 4. Международное сотрудничество в области охраны окружающей среды: Выявленная трансграничная миграция радионуклидов, связанная с бассейном реки Вуокса и озера Сайма, способствует укреплению международного сотрудничества в области мониторинга и охраны водных ресурсов. Это может включать совместные исследования, разработку стандартов и проведение экологических мероприятий.