Естественная и антропогенная радиоактивность почв

  • Вид работы:
    Дипломная (ВКР)
  • Предмет:
    Экология
  • Язык:
    Русский
    ,
    Формат файла:
    MS Word
    110,44 kb
  • Опубликовано:
    2011-11-03
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!

Естественная и антропогенная радиоактивность почв

Международный Университет природы, общества и человека «Дубна»

Филиал «Угреша»

Кафедра экологии и природопользования








Курсовая работа по почвоведению

Тема: «Естественная и антропогенная радиоактивность почв»

Выполнил: Зудов Д.С.

Студент II курса

Группы ЭГ-09

Проверила: доц. Юдина Н.В.






г. Дзержинский 2011 год

Содержание

радионуклид почва растение

Введение

Глава 1. Актуальность тематики, глоссарий

Глава 2. Состояние в почвах естественных радионуклидов урана, радия и тория (обзор)

Глава 3. Глава 3.  в компонентах природных комплексов 30-километровой зоны влияния Смоленской АЭС9

Глава 4. Естественная радиоактивность глинистых и песчаных почв и дозы облучения населения в регионах Хиит и Иншас (Египет)

Заключение

Введение

Данная курсовая работа посвящена естественной и антропогенной радиации в почве и её поглощении. В этой работе рассматриваются процессы закрепления радиоактивных изотопов в разных видах почв и при каких факторах происходят данные процессы.

Для достижения цели исследования были поставлены следующие задачи:

Изучение поглощения радиоактивных элементов почвой при разных условиях.

Прочитать и проанализировать статьи научного журнала «Почвоведение»:

1)     Состояние в почвах естественных радионуклидов урана, радия и тория (обзор). (Н.Г. Рачкова, И.И. Шуктомава, А. И. Таскаева, 2010 г.)

2)      В компонентах природных комплексов 30-километровой зоны влияния смоленской АЭС. (О.Б. Цветновая, А.И. Щеглов 2009 г.)

)        Естественная радиоактивность глинистых и песчаных почв и дозы облучения населения в регионах Хиит и Иншасс (В.М. Бадави 2009 г.)

Составить глоссарий;

Сделать вывод на основе полученных данных.

Использовались следующие методы:

1)  Реферирование статей

2)      Графический метод анализа.

Глава 1. Актуальность тематики. Глоссарий

Радиоактивность почв, как естественная, так и антропогенная в наши дни является важным вопросом для исследования. Это связанно с недавними катастрофическими событиями на Чернобыльской АЭС и на АЭС Фукусима-1. Так же с каждым годом увеличивается потребность во всё новых источниках энергии, самым мощным и чистым из которых является атомная энергетика. Однако многие считаю атомную энергетику опасной и сильно влияющей на окружающую среду. Чтобы доказать обратное проводились и проводятся исследования доказывающие, что при правильной эксплуатации воздействие на окружающую среду и почву минимальное, сопоставимое с естественной радиацией.

Глоссарий.

Сорбция - поглощение твёрдым телом или жидкостью вещества из окружающей среды.

Соосаждение - , переход в осадок примесей (микрокомпонентов), сопутствующий осаждению основного вещества (макрокомпонента) из раствора, расплава или пара, содержащих несколько веществ

Гидролиз (от гидро и греч. lýsis - разложение, распад), реакция ионного обмена между различными веществами и водой

Гидратация (от греч. hydor - вода), процессы связывания воды химическими веществами.

Фульвокислоты (ФК) - группа гумусовых кислот, растворимых в воде, щелочах и кислотах.

Корреляция статистическая взаимосвязь двух или нескольких случайных величин

Дерново-подзолистые почвы - это подтип подзолистых почв. Они формируются под мелколиственными лесами, смешанными с хвойными породами. По составу во многом они схожи с подзолистыми почвами.

Радионуклиды - радиоактивные атомы с данным массовым числом и атомным номером а для изомерных атомов - и с определенным энергетическим состоянием атомного ядра.

Глей, глеевый горизонт - горизонт почвенного профиля, характеризующияся зелёной, голубой, сизой или неоднородной сизо-ржавой окраской, бесструктурностью и низкой порозностью.

Гумидный литогенез - образование осадочных горных пород на континентах и в морях в условиях гумидного климата.

Фракции - часть сыпучего или кускового материала (например, песка, дробленой породы) либо жидкой смеси (нефти и другого), выделенная по определенному признаку (по размеру частиц, плотности и др.).

Био́та - исторически сложившаяся совокупность видов <#"513690.files/image002.gif">, склонным к гитратации, комплексообразованию и гидролизу.

При концентрации свыше 0.2 мг/л урана гидролизуется в слабокислых почвах (pH 2-4.2) . На поведение урана влияют псевдоколлоидные свойства гидратированного уранила и его адсорбция на частицах с положительным зарядом поверхности. При pH 5-6 коллоид перезаряжается, и катионы урана переходят на отрицательно заряженные коллекторы. Уран может мигрировать в сорбционном виде на гидроксидах железа, глинистых частицах, органических взвесях. На поверхности коллоидной формы  уранил-ион образует прочное комплексное соединение. В природных водах с pH<7.5 и концентрацией фосфатов 1 мкМ доминирует ион . В отсутствии ортофосфат-ионов в средах с низкими (1мМ) концентрациями карбонатов продукты гидролиза уранила преобладают в интервале pH 2-12. Прочность комплексов элемента с гуминовыми кислотами в среднем в 1.5-2 раза выше, чем с фульвокислотами. В восстановительных условиях при pH 5 гуминовые кислоты, а при pH 6.0-6.6 - фульвокислоты осаждают уран, в окислительных - образуются растворимые соединения. Концентрация карбонатов 1 мМ почти исключает образование растворимых продуктов гидролиза и препятствует гуматному связыванию при меньших 0.1 мкМ содержаниях гуматновых кислот. При их концентрации 50 нМ и низких (0.5 мМ) содержаниях карбонатов образование гуматов урана доминирует.

Радий. Поглощению радия в почвах способствует высокая концентрация сульфат-иона, низкие содержания кальция и небольшая ионная сила раствора. Ион  малосклонен к комплексообразованию. В присутствии органических веществ в почве повышается подвижность и снижается эффективность радиоэлемента. В условиях не загрязнённых поверхностных растворах возможны соосождение радия с карбонатами кальция, гидротированными оксидами железа и сорбция радиоактивного элемента глинистыми элементами, коллоидной кремнекислотой, оксидами марганца. Радий избирательно поглощается коллоидами кремнекислоты даже из высококонцентрированных растворов бария.

Торий. Ионы  существуют только в средах с pH 2-3. Он находится в виде полимерных продуктов гидролиза в природных поверхностных водах и в отсутствии комплексообразователей. Торий в виде полимерных продуктов гидролиза эффективно поглощается тонкодисперсными фракциями глинистых минералов и гуминовой кислоты. В природных растворах осаждению тория препятствует комплексообразование тория с органическими лигандами. Торий может мигрировать в форме координационных соединений с фторит-, сульфат-, фосфат-, хлорид-, нитрат карбонат- ионами. В грунтовых водах высокое содержание органических веществ и низкое pH способствует поглощению тория почвами.

Закрепление урана, радия и тория твёрдофазными компонентами почвы. Согласно накопленным данным, поглощение урана, радия, тория зависит от химических свойств, физико-химического состояния и концентрации элементов, гранулометрического и минералогического состава почв, содержание органического вещества, присутствие в растворе некоторых ионов, миграционноспособных коллоидов, комплексообразователей и т.д.

Форма нахождения радионуклидов при поступлении в почву и их распределение по почвенному профилю. В условиях загрязнения радиоэлементы фиксируются в верхних горизонтах почвы глинистыми минералами и органическим веществом почв. При загрязнении изотопы радия мигрируют в более глубокие почвенные горизонты. Радий фиксируется в органоминеральном комплексе верхнего горизонта. Решающие влияние на процессы закрепления радия в загрязнённых почвах оказывает pH, катионный состав среды и концентрация кальция и бария. Совместное присутствие кальция и органического вещества усиливают степень и прочность поглощения радия. В отсутствии кальция наблюдается обратное действие. Со временем физико-химическое состояние и прочность закрепления урана, радия и тория в радиоактивных - загрязнённых почвах может изменяться. На основе проведённых опытов обнаружено, что биологическое поглощение урана зависит от его исходной физической формы. Прочность сорбции водорастворимого радия со временем возрастает. В минеральной толще почвенного профиля даже спустя 2 года преобладает обменная форма радиоэлемента.

Сорбция и мобильные формы радионуклидов в почвах. Значения коэффициента межфазного распределения радионуклидов сильно варьирует даже в средах одного типа. Так, в песчаных почвах для радия они составляют от 106 до 3.8×10, для урана - от 0.13 до 16.0 мл/г. Различия обусловлены механизмами взаимодействия с почвенными компонентами. Для почв гумидной зоны выдерживается ряд миграции элементов Ra>U>Th.

Концентрация радионуклидов в жидкой фазе в зависимости от pH. При увеличении в жидкой фазе содержания урана и тория, концентрация элементов уменьшается. При возрастании концентрации тория степень его поглощения луговой почвой увеличивается. Максимум сорбции тория наблюдается в нейтральных и слабощелочных средах, минимум в кислых. В зависимости от параметров сорбции почвой урана от кислотности жидкой фазы существует несколько максимумов. В интервале pH от 9.5 до 10.5 происходит резкое увеличение коэффициентов распределения нуклеотида. При гидролизной формы уранила преобладают в интервале pH от 2 до 12. Поэтому извлечение урана из почв не возрастает. При pH свыше 10 уменьшается извлечение урана. Для радия при pH 1 сорбция выше, чем при pH 2-6. При pH 1-2 достигается высшая подвижность радиоэлемента. Наибольшее количество радиоэлемента удается извлечь в растворе хлорида железа. Сорбция радия возрастает с увеличением водородного показателя среды приближаясь при pH 10 в сильноподзолистой почве. Поглотительная способность радия возрастает в щелочной среде.

Вывод. На основе вышеперечисленных данным мы определили, что интенсивное и прочное поглощение урана, радия и тория происходит в основном за счёт органического вещества и глинистых минералов. За закрепление в почвах урана и тория ответственны процессы ионного обмена, комплексообразования, гидролиза и окисления-восстановления. Для радия наиболее важным считается ионный обмен. По словам автора, сложившиеся методологии исследования не позволяют в полной мере оценить трансформацию форм и механизма связывания радионуклидов в почве.

Диаграмма. Процент поглощенных радионуклидов почвой.


Глава 3.  в компонентах природных комплексов 30-километровой зоны влияния Смоленской АЭС

В данной статье рассматриваются особенности накопления и перераспределения  в компонентах природных экосистем, расположенных в 30-километровой зоне влияния Смоленской АЭС.

Задачи: определение уровня воздействия Смоленской АЭС и Чернобыльской аварии на окружающие экосистемы в пределах 30-километровой зоны влияния Смоленской АЭС.

В Российской Федерации Смоленская АЭС одна из более эффективных по «культуре безопасности», она функционирует более 25 лет. В связи с постоянными технологическими выбросами АЭС в течении её многолетней эксплуатации и таких долгоживущих радионуклидов как  и  требуется оценка воздействия на природную среду. Проведённые исследования показали, что плотность загрязнения почвы по  в зоне влияния Смоленской АЭС укладывается в диапазон величин, установленных для данного региона в постчернобыльский период и изменяется в 2-3 раза. В зоне влияния Чернобыльской АЭС плотность загрязнения почвы по  составляет 6 математических порядков. В настоящее время уровень загрязнения на исследуемой территории существенно не снизился. Максимальные запасы  отмечается в почвах лесных биогеоценозах (БГЦ), а минимальных в болотных почвах. Наибольшие коэффициенты варьирования  отмечается в почвенном профиле лесных фитоценозов. Максимальное значение коэффициентов вариации наблюдается в слое лесной подстилки, минимальные зафиксированы в слое от 0 до 5 см. Возрастание вариации в горизонте лесной подстилки обусловлена пространственной неоднородностью содержания  в составе опада. А увеличение рассматриваемого показателя в нижней части профиля лесных почв связано с различием в интенсивности в течении миграционных процессов по стационарным пробным площадям (СПП). Основная активность  сосредоточена в верхней части толщи почв. В хвойных почвах наибольшая его активность удерживается в горизонте лесной подстилки и напротив в односантиметровом слое почв ельника сосредоточено примерно на 10% больше запасов , чем в аналогичном слое сосняк. В почвах березняка наблюдается перемещения всей активности в минеральные слои. Это связано с большим обилием мезофауны в почвах лиственных фитоценозов. В почвах луговых участков большое влияние на перераспределение радионуклида оказывает тип фитоценоза и характер его использования. Отмеченные различия в распределении  в почвах исследуемых биогеоценозов (БГЦ) позволяют утверждать, что хвойные леса обладают наиболее выраженными барьерными функциями на пути вертикальной миграции радионуклида и в максимальной степени препятствует их поступлению в грунтовые воды. Расчёты показали, что среди различных видов растительного покрова наименьшим варьированием и уровнем загрязнения характеризуется древесный ярус. Наибольший коэффициент перехода отмечатся для ассимилирующих органов и внутренних слоёв коры хвойных пород, минимальные для древесины. По величине коэффициента перехода (КП) радионуклиды основные лесообразующие породы образуют ряд: сосна>ель>берёза. Для других структур древостоя ряд несколько видоизменяется ель>сосна>берёза. Это связанно с особенностями первичного загрязнения и интенсивности поступления радионуклидов в растения. Уровень загрязнения и диапазон варьирования концентрации  в травянистой растительности выше удельной активности ассимилирующих органов древесных пород. Максимальный КП  в травянистую растительность отмечается в лесных и болотных БГЦ. Это обусловлено повышенной миграционной способностью радионуклидов в данных группах почв. Среди рассматриваемых видов травянистых растений по величине КП выделяется 2 вида: виды дискриминаторы и виды накопители. Накопление  на исследуемых почвах мхами в целом выше, чем травянистыми видами. Среди видов зелёных мхов максимальное количество радионуклида концентрируется в плевроциуме, а минимально в птилиум страусово перо. Максимальной аккумуляцией и диапазоном варьирования  обладают грибы. Меньше данный радионуклид накапливают сапротрофы на почве и значительно больше микориозообразователи.


Диаграмма. Коэффициент перехода Cs.

Глава 4. Естественная радиоактивность глинистых и песчаных почв и дозы облучения населения в регионах Хиит и Иншас (Египет)

В данной статье изложены результаты естественной радиоактивности глинистых и песчаных почв двух регионов Египта.

Задачи: Определить величину поглощенной и эффективной доз облучения населения двух регионов Египта, которое обусловлено содержанием  в почве.

Для проведения исследований были выбраны два региона Египта - Хиит и Иншас. В результате проведенных исследований выявлены следующие данные по содержанию изучаемых радионуклидов в почве. Объемная активность  составляет 7-13 и 5-9 Бк/кг в глинистой и песчаной почвах, активность составляет 5-14 и 5-10 и активность радионуклида  - 131-237 и 61-73 Бк/кг. Проведено сравнение полученных результатов с аналогичными данными из литературных источников и выяснено, что полученные результаты исследования близки по значению с результатами, приведенными в источниках.

Так активность радионуклида  составляет 5,3-7,7 Бк/кг, -10,7 17 и - 152-202 Бк/кг. Полученные данные также не противоречат интервалам варьирования радионуклидов в глинистых почвах. Таким образом активность  в глинистых почвах составляет 29-635 Бк/кг, концентрация радионуклида уранового ряда  находится в пределах 5-63,7, а  в пределах 2,5 - 95,6 Бк/кг. Результаты исследований не противоречат теоретическим представлениям о механизме поведения данных радионуклидов в почве. Однако содержание радионуклидов литогенного происхождения в почве обусловлено их количеством в материнских породах. Различия в условиях почвообразования приводят к выводу на первое место других факторов. В данном случае - это обогащенность почвы мелкодисперсными фракциям, которые приводят к повышению естественной радиоактивности почв. Средняя мощность поглощенной дозы для глинистой и песчаной почв составляет от 15,4 и 8,7 нГр/ч, а средняя эффективная доза - 18,9 для глинистой и 10,6 мкЗв/г для песчаной почвы. Таким образом мощность поглощенной дозы и эффективной дозы в 2 раза выше в регионе с глинистыми, чем с песчаными почвами.

Вывод. На территориях с глинистыми почвами объемная радиоактивность, мощность поглощенной дозы и эффективная доза для населения, обусловленные содержанием  литогенного происхождения, существенно выше, чем на территориях с песчаными почвами. Рассчитанная суммарная доза облучения людей в данных регионах Египта от  составляет 24 нГр/ч, что значительно меньше по сравнению с другими странами и в два раза меньше международной предельно допустимой величины.

Диаграмма. Объемная активность радионуклидов  в песчаных и глинистых почвах.

1-песчаные почвы 2-глинистые почвы

Заключение

Проведенное исследование, посвященное вопросу изучения поглощения радиоактивных элементов почвой при разных условиях

). В ходе проведённой работы стали понятны механизмы сорбции различных радионуклидов в различных условиях и различных почвах. Это касается как естественных источников радионуклидов, так и антропогенных.

). В результате исследования стало понятно, что антропогенное воздействие на экологию и почвы в частности не на много больше, чем естественная.

). Так же были выявлены закономерности распределения радионуклидов среди растений и грибов.

). Естественные радионуклиды в глинистых почвах обладают более мощной степенью излучения, чем в песчаных почвах. Однако эта доза облучения в два раза меньше международной предельно допустимой величины.

). Так же из изученного материала становится ясно, что нужно и дальше проводить исследования в данных направлениях, так как на данный момент методы исследования не позволяют в полной мере оценить ситуацию.

Теоретическая значимость работы состоит в том, что ее результаты способствуют дальнейшим исследованиям данного вопроса.

Похожие работы на - Естественная и антропогенная радиоактивность почв

 

Не нашли материал для своей работы?
Поможем написать уникальную работу
Без плагиата!