Чернобыльская катастрофа остается основным и наиболее пагубным ядерная катастрофа , которая полностью изменила радиоактивный фон в северном полушарии . Произошло это в апреле 1986 года на территории бывшего Советского Союза (современная Украина ). Катастрофа привела к увеличению радиации почти в миллион раз в некоторых частях Европы и Северной Америки по сравнению с состоянием до катастрофы [1]. Воздух, вода, почвы, растительность и животные были загрязнены в той или иной степени. Помимо Украины и Беларуси, наиболее пострадавших регионов, в число пострадавших стран входила Россия., Австрия , Финляндия и Швеция . Полное воздействие на водные системы, включая в первую очередь прилегающие долины рек Припять и Днепр , все еще не изучено.
Существенное загрязнение подземных вод - одно из самых серьезных экологических последствий Чернобыльской катастрофы. Как часть общего ущерба пресной воде, это связано с так называемым «вторичным» загрязнением, вызванным доставкой радиоактивных материалов через неограниченные водоносные горизонты в сеть подземных вод [1]. Это оказалось особенно сложной задачей, поскольку бассейны подземных вод, особенно глубоководные. водоносные горизонты традиционно считались неуязвимыми для различных посторонних загрязнителей. К удивлению ученых, радионуклиды из Чернобыля происхождения были обнаружены даже в глубокой укладке воды с периодами формирования нескольких сот лет. [2]
История
Подземные воды особенно пострадали от радиоактивности в 30-километровой зоне эвакуации (так называемая « зона отчуждения »), окружающей Чернобыльскую АЭС , или ЧАЭС (Kovar & Herbert, 1998. [3] Главный и наиболее опасный загрязнитель с точки зрения перспективы) гидрологического распространения был стронций-90 . Этот нуклид показал наиболее активную подвижность в подземных водах; его быстрая миграция через водоносный горизонт подземных вод была впервые обнаружена в 1988-1989 гг. [4] Другие опасные ядерные изотопы включали цезий-137 , цезий-143 , рутений- 106 , Плутоний-239 , Плутоний-240 , Америций-241 [5] [4] Основным источником загрязнения был поврежденный 4-й реактор, который на самом деле был местом аварии и где концентрация стронция-90 первоначально превышала допустимые уровни для питьевой воды в 103-104 раза. Реактор оставался эпицентром облучения даже после того, как аварийный персонал построил « Саркофаг » или «Укрытие», защитное сооружение, призванное изолировать его от окружающей среды. nment. Структура оказалась негерметичной, проницаемой для дождя, снега и конденсата во многих частях площади 1000 м2 [6] [5] Кроме того, в грунтовые воды попало большое количество цезия , трития и плутония из-за утечки обогащенной воды. от 4-го реактора при строительстве «Укрытия» [2] [5] В результате внутри «Укрытия» сконденсировалось значительное количество воды и поглотило излучение от нуклидсодержащей пыли и топлива. Хотя большая часть этой воды испарилась, некоторые ее части просочились в грунтовые воды из поверхностных слоев под камерами реактора. [5]
К другим источникам загрязнения подземных вод относятся: свалки радиоактивных отходов на территории « зоны отчуждения »; резервуары охлаждающей воды, связанные с водоносным горизонтом; первоначальные радиоактивные осадки, произошедшие в первые часы после аварии; и лесные пожары, которые привели к ускоренному распространению загрязненных частиц по почвам прилегающей территории [4] В целом исследователи зафиксировали вероятность накопления почти 30% общего поверхностного загрязнения в подземной горной среде. [2] Это открытие демонстрирует опасные масштабы подземной миграции радионуклидов, с одной стороны, но важную функцию магматической породы как защитного щита от дальнейшего распространения загрязняющих веществ.
Недавние разоблачения фактов, скрываемых советской пропагандой, показывают, что проблема радиоактивного загрязнения подземных вод в Чернобыльской зоне существовала задолго до самой катастрофы. Анализы, проведенные в 1983-1985 гг., Показали отклонение нормативов радиоактивности в 1,5-2 раза в результате ранее имевших место аварийных неисправностей ЧАЭС в 1982 г. [5] Когда произошла катастрофа, произошло облучение подземных вод из-за загрязнения земель в район аварийного четвертого реактора. Кроме того, подземные воды были загрязнены через неограниченный водоносный горизонт пропорционально и пропорционально загрязнению почвы изотопами стронция и цезия . [1] Верхний водоносный горизонт подземных вод и большинство артезианских водоносных горизонтов были повреждены в первую очередь из-за массивного поверхностного загрязнения радиоактивными изотопами стронция-90 и цезия-137 . При этом значительные уровни радиоактивного содержания зафиксированы на периферии зоны отчуждения, в том числе в части системы подачи питьевой воды. Это открытие подтвердило факт миграции радиоактивных загрязнителей через водоносные горизонты подземных вод [2]
После катастрофы советское правительство стремилось принять отсроченные и неэффективные меры по нейтрализации последствий аварии. Проблема загрязнения подземных вод была неправильно решена в первые несколько месяцев после стихийного бедствия, что привело к колоссальным финансовым расходам с незначительным результатом. При этом надлежащий мониторинг ситуации в основном отсутствовал [3] . Первоначальные усилия спасателей были направлены на предотвращение загрязнения поверхностных вод. Масштабное содержание радионуклидов в подземных водах было отслежено и обнаружено только в апреле – мае 1987 г., почти через год после катастрофы [5]
Пути миграции загрязнения
К сожалению, гидрологические и геологические условия в районе Чернобыля способствовали быстрой миграции радионуклидов в сеть подземных вод. Эти факторы включают равнинную местность, обильные осадки и высокопроницаемые песчаные отложения [4]. Основные естественные факторы миграции нуклидов в регионе можно разделить на четыре группы, включая: погодные и климатические (испарение и частота выпадения, интенсивность и распределение); геологические (проницаемость наносов, режимы дренажа, формы растительности); почвенные (физические, гидрологические и механические свойства земель); и литологические (рельеф местности и типы горных пород). [5] В мелиорированных районах на миграционные процессы дополнительно влияют антропогенные факторы, связанные с сельскохозяйственной деятельностью человека. В связи с этим конкретные параметры и тип режима дренажа, методы мелиорации, регулирование воды и дождевание могут существенно ускорить естественные темпы миграции загрязняющих веществ. Например, искусственный дренаж приводит к значительному увеличению скорости всасывания и промывки. [5] Эти технологические факторы особенно важны для регионов вдоль рек Припять и Днепр , которые почти полностью подвержены искусственному орошению и дренажу в сети построенных водохранилищ и плотин.
В то же время как естественные, так и искусственные факторы миграции имеют определенную приоритетность для различных загрязняющих веществ. Основным способом транспортировки стронция-90 в подземные воды является его инфильтрация из загрязненных почв и последующий переход через пористые поверхности неограниченного водоносного горизонта. [7] Ученые также установили два дополнительных альтернативных пути миграции этого радионуклида. Первый - «техногенный» переход, связанный с плохой конструкцией колодцев для забора воды или недостаточным качеством материалов, из которых изготовлены их корпуса. При перекачивании артезианской глубинной воды поток незащищенным потоком проходит через загрязненные слои верхних водоносных горизонтов и поглощает радиоактивные частицы перед попаданием в колодец. Этот способ загрязнения был экспериментально подтвержден на киевских водозаборных скважинах. [2] Другой аномальный путь миграции радионуклидов - слабые зоны кристаллических пород. Исследования Центра радиоэкологических исследований Национальной академии наук Украины показали, что поверхность земной коры имеет рыхлые зоны, характеризующиеся повышенной электрической продуктивностью, а также повышенной влажностью и эманационной способностью. [2]
Что касается цезия-137 , то этот нуклид демонстрирует меньшую миграционную способность в чернобыльских почвах и водоносных горизонтах. Его подвижность ограничивается такими факторами, как: глинистые минералы, которые фиксируют радионуклиды в горных породах, поглощение и нейтрализацию изотопов посредством ионного обмена с другими химическими компонентами воды; частичная нейтрализация метаболическими циклами растительности; общий радиоактивный распад. [4] Тяжелые изотопы плутония и америция обладают еще меньшей транспортной способностью как внутри, так и за пределами зоны отчуждения. Однако их опасный потенциал не следует сбрасывать со счетов, учитывая чрезвычайно длительный период полураспада и непредсказуемое геохимическое поведение [5]
Ущерб сельскому хозяйству
Транспортировка радионуклидов грунтовыми водами относится к ключевым путям загрязнения земель сельскохозяйственного производства. В частности, из-за вертикальной миграции с повышением уровня воды радиоактивные частицы проникают в почву и впоследствии попадают в растения через абсорбционную систему их корней. Это приводит к внутреннему облучению животных и людей при употреблении зараженных овощей [1]. Эта ситуация усугубляется преимущественно сельским типом поселений в Чернобыльской зоне, где большая часть населения занимается активным сельскохозяйственным производством. Это заставляет власти либо выводить загрязненные территории вблизи Чернобыля из-под сельскохозяйственной деятельности, либо тратить средства на выемку грунта и обработку поверхностных слоев. [7] Эти проблемы повреждения изначально нетронутых почв ложатся тяжелым бременем в первую очередь на украинскую и особенно белорусскую экономику. Почти четверть всей территории Беларуси серьезно загрязнена изотопами цезия . Власти обязали до сегодняшнего дня исключить из сельскохозяйственного использования почти 265 тысяч гектаров посевных площадей. Хотя комплексные химические и агротехнологические меры привели к ограниченному снижению содержания радионуклидов в продуктах питания, производимых на загрязненных территориях, проблема остается в значительной степени нерешенной [8]. Помимо экономического ущерба, заражение сельскохозяйственных культур через грунтовые воды наносит ущерб биофизической безопасности населения. Потребление продуктов питания, содержащих радионуклиды, стало основным источником радиоактивного облучения людей в регионе [9]. Таким образом, сельскохозяйственный ущерб в конечном итоге означает прямую и долговременную угрозу для здоровья населения.
Риски для здоровья
Воздействие загрязнения подземных вод на здоровье населения Украины , Беларуси и сопредельных государств обычно воспринимается как крайне негативное. Правительство Украины первоначально реализовало дорогостоящую и сложную программу реабилитации. Однако ввиду ограниченных финансовых ресурсов и других более неотложных проблем со здоровьем, вызванных стихийным бедствием, от этих планов отказались [10]. Не в последнюю очередь, такое решение было принято на основании результатов исследования отечественных ученых, показывающих, что загрязнение подземных вод не влияет на общую риски для здоровья в значительной степени связаны с другими активными путями радиоактивного облучения в « зоне отчуждения », [2] [4] В частности, радиоактивное заражение неограниченного водоносного горизонта, которое обычно считается серьезной угрозой, оказывает меньшее влияние на экономику и здоровье в Чернобыле потому что подземные воды в « зоне отчуждения » не используются для хозяйственно-питьевых нужд. Вероятность использования этой воды местными жителями исключена особым статусом Чернобыльской зоны и соответствующими административными запретами. Единственная группа, прямо и неизбежно подвергающаяся угрозе здоровью, - это аварийные работники, занимающиеся дренажными работами, связанными с отключением реакторов Чернобыльской АЭС и операциями по удалению отходов. [7]
Что касается загрязнения напорного водоносного горизонта, который является источником технического и бытового водоснабжения для города Припять (крупнейшего города в Чернобыльской зоне), то оно также не представляет непосредственной угрозы для здоровья благодаря постоянному мониторингу системы водоснабжения. В случае превышения каких-либо показателей радиоактивности нормы забор воды из местных скважин будет приостановлен. Однако такая ситуация представляет определенный экономический риск из-за больших затрат, необходимых для обеспечения альтернативной системы водоснабжения. [7] В то же время смертельные дозы радиации в неограниченном водоносном горизонте сохраняют значительную потенциальную опасность из-за их значительной способности миграции в замкнутый водоносный горизонт, а затем в поверхностные воды, прежде всего в реку Припять . Эта вода может , кроме того , ввести притоки на реке Dnieprer и Киевское водохранилище . [7] Таким образом, количество животных и людей, использующих загрязненную воду в бытовых целях, может резко возрасти. Учитывая, что Днепр является одной из ключевых водных артерий Украины , в случае нарушения целостности «Укрытия» или могильников долгоживущих отходов обширный разлив радионуклидов в подземных водах может достигнуть масштабов национальной чрезвычайной ситуации. Согласно официальной позиции сотрудников мониторинга, такой сценарий маловероятен, поскольку до попадания в Днепр содержание стронция-90 обычно значительно разбавляется в реке Припять и Киевском водохранилище. Однако некоторые эксперты считают эту оценку неточной из-за несовершенной модели оценки [7]. Таким образом, загрязнение подземных вод привело к парадоксальной ситуации в сфере здравоохранения: прямое воздействие радиации при использовании загрязненных подземных вод для бытовых нужд несравнимо меньше, чем косвенное. воздействие, вызванное миграцией нуклидов на обрабатываемые земли. В связи с этим можно выделить риски для здоровья на территории и за ее пределами, связанные с загрязнителями в сети подземных вод зоны отчуждения [6]. Низкие риски на месте создаются за счет прямого забора воды для питьевых и бытовых нужд. Было подсчитано, что даже если гипотетические жители будут использовать воду на территории свалок радиоактивных отходов, риски будут намного ниже допустимых уровней. Такие результаты можно объяснить очисткой подземных вод во время их гидрологического переноса в поверхностных водах, дождями и таянием снега [6]. Основные риски для здоровья возникают за пределами территории, вызваны радионуклидным загрязнением сельскохозяйственных земель и вызваны, среди прочего, миграцией подземных вод через неограниченное пространство. водоносный горизонт. Этот процесс в конечном итоге приводит к внутреннему облучению людей, употребляющих пищу из зараженных территорий.
Водоохранные мероприятия
Неотложность принятия незамедлительных мер по охране подземных вод в Чернобыле и Припяти была вызвана предполагаемой опасностью переноса радионуклидов в реку Днепр, что привело к загрязнению столицы Украины Киева и 9 миллионов других водопользователей ниже по течению. В связи с этим 30 мая 1986 г. правительство приняло Постановление о политике защиты подземных вод и запустило дорогостоящую программу восстановления воды. Однако этих мер оказалось недостаточно, поскольку они основывались на неполных данных и отсутствии эффективного мониторинга. Не имея достоверной информации, аварийный персонал запустил «наихудший» сценарий, ожидая максимальной плотности загрязнения и минимальных показателей замедления. Когда обновленная информация обследования показала незначительные риски чрезмерной миграции нуклидов , программа реабилитации была остановлена. Однако к настоящему моменту Украина уже потратила на этот проект гигантские денежные средства в размере почти 20 миллионов долларов, а также подвергла спасателей ненужной опасности облучения. [4]
В 1990-2000-х годах акцент защитных мер сместился с реабилитации на строительство защитных систем для полной изоляции загрязненных территорий вдоль реки Припять и Чернобыльской АЭС от остальной части региона. Поскольку это было сделано, местным властям было рекомендовано сосредоточить усилия на постоянном мониторинге ситуации. Процесс разложения радионуклидов был предоставлен самому себе при так называемом «наблюдаемом естественном затухании» [4]
Меры мониторинга
В условиях постоянного распада радиоактивных материалов и крайне неблагоприятного радиационного фона в « зоне отчуждения » постоянный мониторинг был и остается решающим как для деэскалации деградации окружающей среды, так и для предотвращения гуманитарных катастроф среди соседних населенных пунктов. Мониторинг также позволяет уменьшить неопределенности параметров и улучшить модели оценки, что фактически приводит к более реалистичному видению проблемы и ее масштабов. [7] До конца 1990-х годов методы сбора данных для мониторинга качества подземных вод были неэффективными и надежными. При установке мониторинговых скважин произошло загрязнение скважин частицами «горячего топлива» с поверхности земли, что сделало исходные данные неточными. Обеззараживание скважин от посторонних загрязнителей может занять 1,5–2 года. Другой проблемой была недостаточная продувка мониторинговых скважин перед отбором проб. Эта процедура, необходимая для замены застоявшейся воды внутри скважин на новую воду из водоносного горизонта, была введена мониторинговым персоналом только в 1992 году. Важность продувки сразу же была подтверждена значительным ростом показателей стронция-90 в пробах [3] Качество данных Дополнительно усугубилась коррозия стальных деталей мониторинговых скважин. Коррозионные частицы существенно изменили радиоактивный фон водоносного горизонта. В частности, избыточное содержание соединений железа в воде вступало в компенсаторные реакции со стронцием, что приводило к обманчиво заниженным показателям стронция-90 в образцах. В некоторых случаях несоответствующая конструкция кожуха колодца также снижала точность мониторинга. Сооружения скважин, осуществленные персоналом Чернобыльской АЭС в начале 1990-х годов, имели экранирующие секции длиной 12 метров, позволяющие отбор проб только вертикально. Такие пробы трудно интерпретировать, поскольку водоносный горизонт обычно имеет неравномерное вертикальное распределение загрязняющих веществ [3] ) С 1994 года качество наблюдений за подземными водами в Чернобыльской зоне значительно улучшилось. Новые мониторинговые скважины строятся из поливинилхлоридных материалов вместо стали, с укороченными секциями экранирования, 1-2 м [3] Кроме того, в 1999-2012 гг. Был создан экспериментальный пункт мониторинга в непосредственной близости от территории свалок радиоактивных отходов западнее Чернобыльской АЭС Завод , получивший название «Чернобыльский Рыжий Лес». Элементы новой системы мониторинга включают лабораторный модуль, станцию мониторинга ненасыщенной зоны, сеть мониторинговых скважин и метеорологическую станцию [4]. В ее основные задачи входит мониторинг таких процессов, как: извлечение радионуклидов из «горячих топливных частиц» (HFP), рассеянных в поверхностный слой; их последующий переход через ненасыщенный водоносный горизонт и состояние фреатической (насыщенной) зоны. HFP - это частицы, которые вышли из сгоревшей древесины и бетона во время первоначального взрыва и последующего пожара в «зоне отчуждения». Ненасыщенный водоносный горизонт снабжен пробоотборником воды и почвы, датчиками водонепроницаемости и тензиометрами . Работа экспериментальной площадки позволяет в режиме реального времени наблюдать за миграцией и состоянием стронция-90 в водоносном горизонте, но одновременно вызывает новые вопросы. Персонал мониторинга заметил, что колебания уровня воды напрямую влияют на выброс радионуклидов из донных отложений, в то время как накопление органического вещества в донных отложениях коррелирует с геохимическими параметрами водоносного горизонта. Кроме того, исследователи впервые обнаружили плутоний в глубоко залегающих грунтовых водах, что означает, что этот загрязнитель также имеет способность мигрировать в замкнутом водоносном горизонте. Однако конкретные способы этой миграции до сих пор остаются неизвестными. [11]
По прогнозам исследователей, при не нарушенной защите свалок ядерных отходов в зоне отчуждения концентрация стронция-90 до 2020 года в подземных водах будет значительно ниже допустимых предельно допустимых показателей. Кроме того, загрязнение реки Припять как наиболее уязвимого пути поверхностных вод подземными притоками маловероятно в ближайшие 50 лет [2]. В то же время количество мониторинговых скважин все еще недостаточно и требует расширения и модификации. Кроме того, скважины распределены в пределах зоны отчуждения неравномерно, без учета гидрологических и радиоактивных особенностей территории (Kovar & Herbert, 1998 [3]).
Уроки выучены
Чернобыльская авария выявила полную неподготовленность местных властей к решению экологических вопросов ядерной катастрофы. Управление подземными водами не исключение. Не имея точных данных в режиме реального времени и скорректированных планов управления чрезвычайными ситуациями, правительство потратило огромные средства на восстановление грунтовых вод , что впоследствии оказалось ненужным. При этом действительно важные первоочередные мероприятия, такие как надежная изоляция поврежденного 4-го реактора, были выполнены на некачественном уровне. Если «Укрытие» было построено без недостатков , как полностью герметичные и выделения 4 - го реактора от контакта с внешними воздушными, почвенными и грунтовыми средами, было бы гораздо больший вклад , чтобы предотвратить ввод нуклидов в и их миграцию по всей сети подземных вод [5] Взятия Принимая во внимание эти сбои, из чернобыльской трагедии можно извлечь следующие уроки для управления подземными водами:
- Необходимость последовательной и технологически надежной системы мониторинга, способной производить высококачественные данные в реальном времени;
- Точные данные мониторинга как основная основа для любых лечебных мероприятий и политики мелиорации;
- Критерии и цели деятельности по управлению подземными водами, будь то рекультивация, строительные работы или сельскохозяйственные ограничения, должны быть определены на стадии анализа и до любой практической реализации;
- Проблемы загрязнения подземных вод следует рассматривать в более широкой перспективе, в тесной взаимосвязи с другими путями и формами загрязнения, поскольку все они взаимосвязаны и взаимно влияют друг на друга;
- Всегда рекомендуется привлекать международных экспертов и ведущих ученых для экспертной оценки разработанных планов действий;
- Управление подземными водами в районах радиоактивного загрязнения должно основываться на комплексном экосистемном подходе, то есть с учетом его влияния на местные и глобальные экосистемы, благосостояние местных сообществ и долгосрочные воздействия на окружающую среду. [4]
Рекомендации
- ^ a b c d Яблоков, Алексей В .; Нестеренко, Василий Б .; Нестеренко, Алексей В. (ноябрь 2009 г.). «8. Загрязнение атмосферы, воды и почвы после Чернобыля». Летопись Нью-Йоркской академии наук . 1181 (1): 223–236. Bibcode : 2009NYASA1181..223Y . DOI : 10.1111 / j.1749-6632.2009.04831.x . ISSN 0077-8923 . PMID 20002050 .
- ^ Б с д е е г ч Бугай Д.А. (сентябрь 1997 г.). «Влияние чернобыльской аварии на радиоактивное загрязнение подземных вод, используемых для водоснабжения» . Международное агентство по атомной энергии : 349–356.
- ^ а б в г д е Герберт, Майк; Ковар, Карел, ред. (1998). Качество подземных вод: восстановление и защита . Международная ассоциация гидрологических наук. ISBN 1901502554. OCLC 222315350 .
- ^ Б с д е е г ч я J «Загрязнение подземных вод после аварии на Чернобыльской АЭС: обзор данных мониторинга, оценка радиологических рисков и анализ восстановительных мер» . ResearchGate . Проверено 15 апреля 2019 .
- ^ Б с д е е г ч я J Шестопалов, Шестопалов (2002). Чернобыльская катастрофа и подземные воды . ISBN 9789058092311.
- ^ а б в Бугай Д.А.; Waters, RD; Джепо, ИП; Скальский А.С. (июль 1996 г.). «Риски миграции радионуклидов в подземные воды в 30-километровой зоне Чернобыля». Физика здоровья . 71 (1): 9–18. DOI : 10.1097 / 00004032-199607000-00002 . ISSN 0017-9078 . PMID 8655337 .
- ^ Б с д е е г Ониси, Ясуо; Воццехович, О.В. Железняк, Марк Дж., Ред. (2007). Чернобыль - что мы узнали? : успехи и неудачи в снижении загрязнения воды за 20 лет . Springer. ISBN 9781402053498. OCLC 184984586 .
- ^ Богдевич, И .; Санжарова, Н .; Prister, B .; Тарасюк, С. (2002), «Контрмеры на природных и сельскохозяйственных территориях после аварии на Чернобыльской АЭС», Роль ГИС в поднятии облака над Чернобылем , Springer, Нидерланды, стр. 147–158, DOI : 10.1007 / 978-94-010-0518 -0_12 , ISBN 9781402007699
- ^ Алексахин, Р М .; Санжарова, Н И .; Фесенко, С В .; Спиридонов, С И .; Панов А.В. (ноябрь 2007 г.). «Распространение чернобыльских радионуклидов, миграция и воздействие на окружающую среду и сельское хозяйство». Физика здоровья . 93 (5): 418–426. DOI : 10.1097 / 01.hp.0000285093.63814.b7 . ISSN 0017-9078 . PMID 18049218 . S2CID 24568125 .
- ^ Рейл, Честер Д. (2 мая 2000 г.). Загрязнение подземных вод, Том II . DOI : 10.1201 / 9781482278958 . ISBN 9781482278958.
- ^ Ван Меир, Натали; Бугаи, Дмитрий; Кашпаров, Валерий (2009), «Экспериментальная платформа в Чернобыле: международный исследовательский полигон в зоне отчуждения от загрязнения почвы и подземных вод», Радиоактивные частицы в окружающей среде , Springer, Нидерланды, стр. 197–208, doi : 10.1007 / 978- 90-481-2949-2_13 , ISBN 9789048129478