Cesium-137 in the salt lakes of Сrimea

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Соленые озера Крыма имеют важное бальнео-логическое, промышленное (добыча соли) и рекреационное значение. В работе объектами исследования были 11 соленых озер Крыма: Красное, Кирлеутское, Киятское (Перекопская группа), Тобечикское, Акташское, Чокракское (Керченская группа), Бакальское, Джарылгач (Тарханкутская группа), Кызыл-Яр, Мойнакское, Сасык-Сиваш (Евпаторийская группа) [1, 9]. Карта расположения озер представлена на рис. 1.

Ранее проведены исследования по определению содержания техногенных радионуклидов, прежде всего ⁹⁰Sr, в воде, донных отложениях и гидробионтах озер Перекопской [5, 7, 15, 16], Тарханкутской (озера Бакальское, Донузлав) [16] и Евпаторийской (оз. Кызыл-Яр) групп [16]. Показано, что дополнительным источником радиоактивного загрязнения соленых озер Крыма до 2014 г. было поступление через Северо-Крымский канал днепровских вод, отличающихся повышенным содержанием чернобыльских радионуклидов [5]. Кроме того, в ряде работ исследовано вертикальное распределение природных (²³⁸U, ²³²Th, ²²⁶Ra, ²¹⁰Pb, ⁴⁰K) и техногенных (¹³⁷Cs) радионуклидов в донных отложениях прибрежной зоны соленого оз. Кояшского (Керченская группа) [6, 16].

 

Рис. 1. Карта соленых озер п-ова Крым.

 

Вместе с тем соленые озера Крыма все еще недостаточно изучены в отношении содержания в них антропогенных радионуклидов, в частности долгоживущего ¹³⁷Cs (период полураспада 30.17 лет).

Цель настоящей работы – получение сравнительной оценки уровней содержания радионуклида ¹³⁷Cs в воде различных групп соленых озер Крыма.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Пробы воды объемом ~100 л отобраны сотрудниками Отдела радиационной и химической биологии Института морских биологических исследований (ИМБИ) им. А.О. Ковалевского РАН в июне–июле 2016 г. в соленых озерах Крыма (табл. 1).

Воду фильтровали через мембранные фильтры Millipore диаметром 293 мм и номинальным размером пор 0.45 мкм для удаления взвешенного вещества. Затем проводили сорбционное извлечение ¹³⁷Cs с использованием установки, состоящей из двух последовательно соединенных адсорберов, заполненных сыпучим сорбентом. Этот неорганический композиционный сорбент представляет собой полученную химическим методом из водных растворов тонкую пленку смешанного ферроцианида железа–калия на носителе – делигнифицированной древесной муке. Примерный состав пленки: K_(0.2-1.8)FeO[Fe_(0.3-0.7)(CN)_1,8-4,2]. Марка – ЖКФ-Ц [4].

Воду прокачивали через адсорберы с помощью перистальтического насоса (Elpan 372.C, Польша) со скоростью 0.055 л/мин, при которой эффективность извлечения ¹³⁷Cs составляла от 50 до 90% [3]. Затем сорбент извлекали из адсорберов, озоляли в муфельной печи при температуре 400°С для уменьшения объема и проводили радиометрические измерения с использованием сцинтилляционного гамма-спектрометра COMPUGAMMA (LKB Wallac, Финляндия). Эффективность извлечения 137Cs определялась по формуле:

$A=1-\frac{A_{II}}{A_I}$, (1)

где A_I и A_II – содержание 137Cs в первом и втором адсорбере соответственно.

 

Таблица 1. Физико-химические параметры отобранных проб воды в соленых озерах п-ова Крым

Озеро	pH	Соленость, ‰	Координаты
Перекопская группа
Киятское	7.7	200	45°59′30″ с. ш. 33°55′26″ в. д.
Кирлеутское	7.9	235	45°56′30″ с. ш. 34°01′07″ в. д.
Красное	9.3	330	46°00′00″ с. ш. 33°50′40″ в. д.
Керченская группа
Акташское	8.5	88,5	45°22′31″ с. ш. 35°49′45″ в. д.
Тобечикское	8.2	176	45°10′18″ с. ш. 36°22′42″ в. д.
Чокракcкое	7.9	226	45°27′32″ с. ш. 36°17′56″ в. д.
Тарханкутская группа
Бакальское	8.6	46,5	45°44′51″ с. ш. 33°10′25″ в. д.
Джарылгач	8.5	115	45°34′30″ с. ш. 32°52′25″ в. д.
Евпаторийская группа
Кызыл-Яр	7.9	3,5	45°03′33″ с. ш. 33°35′45″ в. д.
Мойнакское	8.2	47	45°11′06″ с. ш. 33°19′29″ в. д.
Сасык-Сиваш	7.7	280	45°11′26″ с. ш. 33°30′24″ в. д.

 

Концентрацию ¹³⁷Cs в исследуемой воде (А, Бк/м³) рассчитывали по уравнению:

$A=\frac{A_I}{E\times V}$, (2)

где V – объем пробы, м³.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Результаты измерений содержания 137Cs в воде соленых озер Крыма представлены на рис. 2.

В ряде случаев, особенно в Евпаторийской группе озер, наблюдалась положительная корреляция между соленостью воды и концентрацией ¹³⁷Cs, тогда как в Перекопской и Керченской группах эта зависимость была не столь прямолинейной, а в Тарханкутских озерах она и вовсе отсутствовала.

Это объясняется разной степенью связи озер Евпаторийской группы с Северо-Крымским каналом [2] и тем, что их водно-солевой режим поддерживается также за счет дренажа черноморской воды через узкие дамбы, пересыпи или протоки. В данном случае концентрация ¹³⁷Cs, для которого характерна очень высокая растворимость в морской воде [8, 11, 12], меняется пропорционально общему солесодержанию в воде исследуемых озер (280‰ – в озере Сасык-Сиваш, 3.5‰ – в озере Кызыл-Яр). Озера Перекопской группы в меньшей степени связаны с Черным морем, и в них до апреля 2014 г. поступала днепровская вода из Северо-Крымского канала со значительно более высоким, в сравнении с Черным морем, содержанием чернобыльского ¹³⁷Cs [5]. В [5] отмечено, что после прекращения подачи днепровской воды в Северо-Крымский канал в 2014 г. содержание чернобыльских радионуклидов в смежных водоемах заметно уменьшилось. Однако это может повлиять на содержание ¹³⁷Cs в Каркинитском заливе, куда в настоящее время сбрасывается избыток днепровской воды, подававшейся ранее в Крым.

 

Рис. 2. Зависимость удельной активности ¹³⁷Cs от солености для групп озер: (а) – Перекопской, (б) – Керченской, (в) – Тарханкутской, (г) – Евпаторийской.

 

Аналогичная ситуация со смешанным поступлением морской и днепровской воды наблюдалась и в Керченской группе соленых озер, часть которых имела дренажный либо прямой контакт с восточной веткой Северо-Крымского канала [12]. При этом достаточно высокие концентрации ¹³⁷Cs в озерах Акташском и Чокракском не связаны с поступлением этого радионуклида с водами Азовского моря, так как, по данным [10], концентрация ¹³⁷Cs в нем составляла в среднем всего 2.5 Бк/м³. Это свидетельствует о прямом вкладе восточной ветки Северо-Крымского канала в радиоэкологическую обстановку в данных озерах. В Тарханкутской группе озер влияние днепровской воды было также существенным за счет ее поступления по западной ветке Северо-Крымского канала, в том числе для водообеспечения обширных зон рисосеяния. Вместе с тем в эти озера поступает и морская вода. Так, в оз. Бакальском, связанном с Каркинитским заливом Черного моря, концентрация ¹³⁷Cs была выше, чем в оз. Джарылгач, которое отделено от моря пересыпью. Каркинитский залив считается наиболее загрязненным радионуклидом ¹³⁷Cs, так как расположен в зоне речного стока, приносящего чернобыльские радионуклиды по руслу р. Днепр [12].

Полученные данные показали, что наиболее загрязненное по ¹³⁷Cs – оз. Сасык-Сиваш – самое крупное соленое озеро Крыма, грязи которого применяются в лечебных целях. Наименее – Кызыл-Яр (табл. 2).

Такая разница в концентрациях ¹³⁷Cs объясняется разной соленостью воды исследуемых водоемов, что влияет на распределение этого радионуклида в экосистемах соленых озер. Если в оз. Сасык-Сиваш, соленость которого – одна из наибольших среди исследуемых озер, ¹³⁷Cs находится в растворенной форме в водной среде, то из почти пресной (3.5‰) воды оз. Кызыл-Яр ¹³⁷Cs удаляется в донные отложения в результате биогеохимических процессов.

 

Таблица 2. Концентрация и суммарный запас ¹³⁷Cs в соленых озерах Крыма в 2016 г. по сравнению с 1986 г.

Озеро	Бк/м3, 1986 г.	Бк/м3, 2016 г.	Суммарный запас, МБк, 2016 г.
Перекопская группа
Киятское	10.49	5.26	131.59
Кирлеутское	5.15	2.59	80.72
Красное	74.62	37.46	1314.99
Керченская группа
Акташское	22.95	11.52	617.46
Чокракское	98.27	49.34	356.46
Тобечикское	17.33	8.7	162.7
Тарханкутская
Бакальское	62,56	31.4	89.19
Джарылгач	44.24	22.2	92.17
Евпаторийская
Кызыл-Яр	1.5	0.75	12
Мойнакское	59.35	29.79	26.22
Сасык-Сиваш	190.98	95.88	3609.72

 

Эти озера находятся близко друг от друга. Содержание ¹³⁷Cs в воде озер Тарханкутской и Евпаторийской групп оказалось выше, чем в воде западной части Черного моря (в среднем 15.2 Бк/ м³, по данным 2011 г. [14]).

В табл. 2 представлены также величины суммарного запаса ¹³⁷Cs в каждом из исследованных озер, который рассчитывался исходя из объема озера, равного произведению средней глубины на площадь зеркала. Для сравнения показаны значения содержания ¹³⁷Cs в 1986 г.

Таким образом, значительная соленость водной среды озер, а также их бессточность обусловливают то, что основной элиминирующий фактор уменьшения содержания ¹³⁷Cs в воде озер – физический период полураспада. Однако в ряде случаев уменьшение концентрации ¹³⁷Cs происходит за счет разбавления водной среды озер менее загрязненными водами Черного моря.

ВЫВОДЫ

Один из основных источников поступления 137Cs в воды соленых озер Крымского п-ова – Северо-Крымский канал, который до 2014 г. приносил радионуклиды чернобыльского происхождения с днепровской водой. Другой источник поступления ¹³⁷Cs – воды Черного моря за счет их дренажной и прямой связи с прибрежными солеными озерами, в которых наблюдалась положительная корреляция между концентрацией ¹³⁷Cs и соленостью воды.

Источник финансирования

Результаты морских исследований, используемых в сравнительном анализе в данной статье, получены в рамках государственного задания «Молисмологические и биогеохимические основы гомеостаза морских экосистем» (АААА-А18-118020890090-2)

About the authors

O. N. Miroshnichenko

The A.O. Kovalevsky Institute of Marine Biological Research of RAS

Author for correspondence.
Email: oksaniya_89@mail.ru
Russian Federation, Sevastopol

N. Yu. Mirzoeva

The A.O. Kovalevsky Institute of Marine Biological Research of RAS

Email: oksaniya_89@mail.ru
Russian Federation, Sevastopol

I. G. Sidorov

The A.O. Kovalevsky Institute of Marine Biological Research of RAS

Email: oksaniya_89@mail.ru
Russian Federation, Sevastopol

S. B. Gulin

The A.O. Kovalevsky Institute of Marine Biological Research of RAS

Email: oksaniya_89@mail.ru
Russian Federation, Sevastopol

References

Supplementary files