Почва как исходное звено миграции радионуклидов в природной среде

Почвенная оболочка биосферы — один из основных компонентов в природе, где происходит локализация искусственных радионуклидов, сбрасываемых в окружающую человека среду вследствие его техногенной деятельности.

Сорбция радионуклидов в почве имеет двоякое значение для их миграции в биосфере и, в частности, в сельскохозяйственной сфере. С одной стороны, закрепление их в верхних горизонтах почвы — в корнеобитаемом слое растений — обеспечивает существование в природе длительно действующего источника радионуклидов для корневого накопления растениями. С другой стороны, сильная сорбция твердой фазой почвой радионуклидов ограничивает их усвоение через корневые системы растений.

В различных радиологических ситуациях, связанных с введением радионуклидов в сельскохозяйственную сферу, аккумуляция радионуклидов растениями из почвы определяет исходные масштабы включения радионуклидов в пищевые цепи в системе радиоактивные выпадения–почва–сельскохозяйственные растения–сельскохозяйственные животные–человек. С этим связано важное значение звена почва–растение в общем цикле круговорота радионуклидов в наземной среде в целом и в агропромышленной сфере в частности.

Радионуклиды, как правило, находятся в почвах в ультрамикроконцентрациях. Исключение составляет небольшая группа радионуклидов с периодами полураспада порядка десятков–сотен миллионов лет и больше. Очень низкая массовая концентрация искусственных и естественных радионуклидов в почвах и почвенных растворах обусловливает существенную зависимость поведения радионуклидов в почвах от концентрации и свойств их изотопных или неизотопных носителей (стабильных изотопов данного химического элемента или химических элементов, сходных по физико-химическим свойствам с радионуклидами).

Тритий

. Н3 — единственный радиоактивный изотоп водорода (Т1/2=12,34 года). Распад Н3 сопровождается b-излучением с очень низкой энергией. В результате взаимодействия космических излучений с N, О и Ar в атмосфере образуется природный тритий. В Мировом океане находится 65 % природного Н3, на земной поверхности и в наземной биоте — 27 %. Антропогенный тритий образуется и поступает в окружающую среду при производстве ядерной энергии. Кроме того, источником поступления Н3 в окружающую среду являются испытания ядерного и термоядерного оружия. Около 99 % количества природного трития превращается в тритированную воду — Н3НО. Поведение Н3 в почве описывается закономерностями поведения воды и зависит от взаимодействия различных процессов ее переноса.

В виде Н3ОН и других соединений Н3 включается практически во все реакции, присущие биогеохимическому циклу водорода, включая процессы почвообразования, образования биоорганического вещества и др.

Углерод

. Основной радиоактивный изотоп углерода — С14 (b-излучатель, Т1/2=5730 лет). Поступление С14 во внешнюю среду происходит как в результате природных явлений (космическое излучение), так и в результате антропогенных процессов (ядерные взрывы, производство ядерной энергии, сжигание ископаемого топлива, использование препаратов, меченных С14).

Миграция С14 в биосфере подчиняется закономерностям углеродного геохимического цикла. Благодаря круговороту углерода в природе происходит постоянный обмен С14 между атмосферой, с одной стороны, и гидросферой, литосферой, педосферой и живыми организмами, — с другой. В почвах С14 входит в состав гумусовых соединений, карбонатов, С14О2 в почвенном воздухе и другие углеродсодержащие соединения. Общеизвестен метод определения возраста почв по содержанию С14.

Калий

. В природной среде присутствуют три основных изотопа калия: два стабильных — К39 и К41, а также один радиоактивный — К40. К40 является b-излучателем с Т1/2=1,28×109 лет. При распаде К40 превращается в основном в стабильный изотоп кальция Ca40.