Морской гидрофизический журнал. 2023; 39: 692-707
Факторы формирования пространственного распределения природных и техногенных радионуклидов в донных отложениях Камышовой бухты, Севастополь
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2023-5-692-707Аннотация
Цель. Цель статьи – выявить особенности пространственного распределения содержания радионуклидов (210Pbизб, 226Ra, 137Cs и 40K) в донных осадках Камышовой бухты и выделить факторы, определяющие эти особенности.
Методы и результаты. В работе представлены результаты измерений концентрации 210Pbизб, 226Ra, 137Cs и 40K в девяти пробах поверхностного (0–5 см) слоя и двух колонках донных отложений, отобранных в Камышовой бухте в июле 2021 г. Активность 210Pbизб, 226Ra, 137Cs и 40K в пробах определялась на низкофоновом гамма-спектрометре со сцинтилляционным детектором NaI(Tl) колодезного типа. Приведены оценки взаимосвязи активности рассматриваемых радионуклидов в донных осадках с гранулометрическим составом осадка и с содержанием органического углерода. Получены количественные оценки скорости седиментации, потока вещества и радионуклидов в донные осадки.
Выводы. В пространственной изменчивости концентраций рассматриваемых радионуклидов отмечается общая тенденция к увеличению значений от северной части бухты к южной. Результаты анализа указывают на то, что пространственная изменчивость содержания радионуклидов в поверхностных пробах донных отложений и их вертикальное распределение в двух колонках объясняется изменением в гранулометрическом составе и скоростях осадконакопления, а также наличием источников ливневых и бытовых сточных вод в южной части бухты. На основе результатов корреляционного анализа сделано предположение, что в исследуемом районе происходит процесс очистки вод в результате адсорбции радионуклидов и органического вещества мелкозернистым материалом с последующей седиментацией этого материала в донные отложения. Усредненные значения скорости осадконакопления и потока вещества в донные отложения составили 0,43 см/год и 2976 г/(м2·год) соответственно. Поток радионуклидов в донные отложения составил 53,0 Бк/(м2·год) для 137Сs, 690,5 Бк/(м2·год) для 40К, 58,0 Бк/(м2·год) для 226Ra и 79,5 Бк/(м2·год) для 210Pbизб.
Список литературы
1. Гидрохимическая характеристика отдельных бухт Севастопольского взморья / Е. А. Куфтаркова [и др.] // Труды Южного научно-исследовательского института рыбного хозяйства и океанографии. 2008. Т. 46. С. 110–117. EDN VSMAKD.
2. Санитарно-биологические исследования прибрежных акваторий юго-западного Крыма в начале XXI века / под ред. О. Г. Миронова, С. В. Алёмова. Симферополь : ИТ «АРИАЛ», 2018. 270 с.
3. Миронов О. Г., Кирюхина Л. Н., Алёмов С. В. Санитарно-биологические аспекты экологии севастопольских бухт в XX веке. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2003. 185 с.
4. Соловьёва О. В., Тихонова Е. А. Динамика содержания органического вещества в донных отложениях портовых акваторий Севастополя // Ученые записки Крымского Федерального Университета имени В. И. Вернадского. Биология. Химия. 2018. Т. 4 (70), № 4. С. 196–206.
5. Окислительно-восстановительные условия и характеристики донных отложений бухт Севастопольского региона / Ю. С. Куринная [и др.] // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2022. № 1. С. 42–54. doi:10.22449/2413-5577-2022-1-42-54
6. Мирзоева Н. Ю., Гулин С. Б., Мирошниченко О. Н. Радионуклиды стронция и цезия // Система Черного моря / Отв. ред. академик РАН А. П. Лисицын. М. : Научный мир, 2018. С. 605–624. https://doi.org/10.29006/978-5-91522-473-4.2018
7. Partitioning of Cs-137 between sediment and water from the Black Sea / M. Fuhrmann [et al.] // Chemistry and Ecology. 1992. Vol. 7, iss. 1–4. P. 3–17. https://doi.org/10.1080/02757549208055429
8. Buesseler K. O., Livingston H. D. Time-Series Profiles of 134Cs, 137Cs and 90Sr in the Black Sea // Sensitivity to Change: Black Sea, Baltic Sea and North Sea / Eds. E. Özsoy, A. Mikaelyan. Dordrecht : Springer, 1997. P. 239–251. https://doi.org/10.1007/978-94-011-5758-2_19
9. Радиоэкологический отклик Черного моря на чернобыльскую аварию / Г. Г. Поликарпов [и др.]. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2008. 666 с.
10. Evolution and fluxes of 137Cs in the Black Sea/Turkish Straits System/North Aegean Sea / R. Delfanti [et al.] // Journal of Marine Systems. 2014. Vol. 135. P. 117–123. https://doi.org/10.1016/j.jmarsys.2013.01.006
11. Radionuclides Assessment for the Romanian Black Sea Shelf / G. Chiroşca [et al.] // Diversity in Coastal Marine Sciences / Eds. C. Finkl, C. Makowski. Cham : Springer, 2018. P. 221–232. https://doi.org/10.1007/978-3-319-57577-3_13
12. Оценка скорости седиментации и осадконакопления в прибрежных и глубоководных акваториях Черного моря с использованием природных и антропогенных (чернобыльских) радионуклидов / Н. Ю. Мирзоева [и др.] // Система Черного моря / Отв. ред. академик РАН А. П. Лисицын. М. : Научный мир, 2018. С. 659–670. https://doi.org/10.29006/978-5-91522-473-4.2018
13. Распределение 137Cs в поверхностном слое Черного моря летом 2017 года / И. И. Довгий [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2020. Т. 36, № 2. С. 166–175. https://doi.org/10.22449/0233-7584-2020-2-166-175
14. The approaching obsolescence of 137Cs dating of wetland soils in North America / J. Z. Drexler [et al.] // Quaternary Science Reviews. 2018. Vol. 199. P. 83–96. https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2018.08.028
15. A global review of sediment source fingerprinting research incorporating fallout radiocesium (137Cs) / O. Evrard [et al.] // Geomorphology. 2020. Vol. 362. 107103. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2020.107103
16. Гулин С. Б., Сидоров И. Г., Гулина Л. В. Биогенная седиментация в Черном море: радиотрассерное исследование // Морской экологический журнал. 2013. Т. 12, № 2. С. 19–25. EDN SZIOVD.
17. 40K in the Black Sea: a proxy to estimate biogenic sedimentation / S. B. Gulin [et al.] // Journal of Environmental Radioactivity. 2014. Vol. 134. P. 21–26. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2014.02.011
18. Русаков, В. Ю., Борисов, А. П., Соловьева Г. Ю. Скорости седиментации (по данным изотопного анализа 210Pb и 137Cs) в разных фациально-генетических типах донных осадков Карского моря // Геохимия. 2019. Т. 64, № 11. С. 1158–1174. https://doi.org/10.31857/S0016-752564111158-1174
19. Kremenchutskii D. A., Gurov K. I. Assessment of sedimentation rate in the Balaklava Bay by radionuclides // 20th International Multidisciplinary Scientific GeoConference, SGEM 2020 (Albena, Bulgaria, 18 August – 24 August, 2020) : proceedings. Sofia, Bulgaria: STEF92 Technology, 2020. Vol. 20, iss. 5.1. P. 83–90. https://doi.org/10.5593/sgem2020/5.1/s20.011
20. Abril J. M. On the use of 210Pb-based records of sedimentation rates and activity concentrations for tracking past environmental changes // Journal of Environmental Radioactivity. 2022. Vol. 244–245. 106823. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2022.106823
21. Assessment of measurement accuracy in 210Pb dating sediment methods / A. Schirone [et al.] // Quaternary Geochronology. 2022. Vol. 69. 101255. https://doi.org/10.1016/j.quageo.2022.101255
22. Кременчуцкий Д. А., Гуров К. И. Распределение 137Cs и 40K в донных отложениях Балаклавской бухты (Черное море) // Морской гидрофизический журнал. 2021. Т. 37, № 2. С. 207–221. https://doi.org/10.22449/0233-7584-2021-2-207-221
23. Robbins J. A., Edgington D. N., Kemp A. L. W. Comparative 210Pb, 137Cs, and pollen geochronologies of sediments from lakes Ontario and Erie // Quaternary Research. 1978. Vol. 10, iss. 2. P. 256–278. https://doi.org/10.1016/0033-5894(78)90105-9
24. Currie L. A. Limits for qualitative detection and quantitative determination. Аpplication to radiochemistry // Analytical Chemistry. 1968. Vol. 40, iss. 3. P. 586–593. https://doi.org/10.1021/ac60259a007
25. Основные источники загрязнения морской среды Севастопольского региона / Е. И. Овсяный [и др.] // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2001. С. 138–152.
26. Биогеохимические характеристики седиментационного самоочищения Севастопольской бухты от радионуклидов, ртути и хлорорганических загрязнителей / В. Н. Егоров [и др.] // Морской биологический журнал. 2018. Т. 3, № 2. C. 40–52. EDN XSWAXJ. https://doi.org/10.21072/mbj.2018.03.2.03
27. Partition of radiotracers between suspended particles and seawater / Y.-H. Li [et al.] // Geochimica et Cosmochimica Acta. 1984. Vol. 48, iss. 10. P. 2011–2019. https://doi.org/10.1016/0016-7037(84)90382-X
28. Hawley N., Robbins J. A., Eadie B. J. The partitioning of 7beryllium in fresh water // Geochimica et Cosmochimica Acta. 1986. Vol. 50, iss. 6. P. 1127–1131. https://doi.org/10.1016/0016-7037(86)90393-5
29. Role of suspended matter in controlling beryllium-7 (7Be) in the Black Sea surface layer / D. A. Kremenchutskii [et al.] // Journal of Marine Systems. 2021. Vol. 217. 103513. https://doi.org/10.1016/j.jmarsys.2021.103513
30. Биогеохимические механизмы формирования критических зон в Черном море в отношении загрязняющих веществ / В. Н. Егоров [и др.] // Морской экологический журнал. 2013. Т. 12, № 4. С. 5–26. EDN SYSNGP.
Morskoy Gidrofizicheskiy Zhurnal. 2023; 39: 692-707
Factors Forming the Spatial Distribution of Natural and Man-Made Radionuclides in the Bottom Sediments of the Kamyshovaya Bay, Sevastopol
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2023-5-692-707Abstract
Purpose. The purpose of the article is to reveal the features of spatial distribution of the radionuclide (210Pbex, 226Ra, 137Cs and 40K) contents in the bottom sediments of the Kamyshovaya Bay and to identify the factors determining them.
Methods and Results. The paper presents the results of measurements of the concentrations of 210Pbex, 226Ra, 137Cs and 40K in nine samples of the surface (0–5 cm) layer and in two cores of bottom sediments collected in the Kamyshovaya Bay in July 2021. The activity of 210Pbex, 226Ra, 137Cs and 40K in the samples was determined using a low-background gamma spectrometer with a well-type NaI(Tl) scintillation detector. Estimates of the relationship between the activity of the radionuclides under consideration in the bottom sediments with the sediment granulometric composition and the organic carbon content are given. The rate of sedimentation and the flux of matter and radionuclides to the bottom sediments were quantitatively assessed.
Conclusions. Spatial variability of the concentrations of radionuclides under consideration reveals a general tendency towards increase of their values from the northern part of the bay to its southern one. The results of the analysis indicate that the spatial variability of radionuclide content in the surface sediment samples and their vertical distribution in the two columns are explained by the changes in particle size distribution and in sedimentation rates, as well as by presence of the storm water and domestic wastewater sources in the bay southern part. Based on the results of the correlation analysis, the process of water purification in the area under study was assumed to result from the adsorption of radionuclides and organic matter by a fine-grained material that was followed by sedimentation of this material in bottom sediments. The average values of the sedimentation rate and the matter flux to bottom sediments were 0.43 cm/year and 2976 g/(m2·year), respectively. The flux of radionuclides to the bottom sediments was 53.0 Bq/(m2·year) for 137Cs, 690.5 Bq/(m2·year) for 40K, 58.0 Bq/(m2·year) for 226Ra and 79.5 Bq/ (m2·year) for 210Pbex.
References
1. Gidrokhimicheskaya kharakteristika otdel'nykh bukht Sevastopol'skogo vzmor'ya / E. A. Kuftarkova [i dr.] // Trudy Yuzhnogo nauchno-issledovatel'skogo instituta rybnogo khozyaistva i okeanografii. 2008. T. 46. S. 110–117. EDN VSMAKD.
2. Sanitarno-biologicheskie issledovaniya pribrezhnykh akvatorii yugo-zapadnogo Kryma v nachale XXI veka / pod red. O. G. Mironova, S. V. Alemova. Simferopol' : IT «ARIAL», 2018. 270 s.
3. Mironov O. G., Kiryukhina L. N., Alemov S. V. Sanitarno-biologicheskie aspekty ekologii sevastopol'skikh bukht v XX veke. Sevastopol' : EKOSI-Gidrofizika, 2003. 185 s.
4. Solov'eva O. V., Tikhonova E. A. Dinamika soderzhaniya organicheskogo veshchestva v donnykh otlozheniyakh portovykh akvatorii Sevastopolya // Uchenye zapiski Krymskogo Federal'nogo Universiteta imeni V. I. Vernadskogo. Biologiya. Khimiya. 2018. T. 4 (70), № 4. S. 196–206.
5. Okislitel'no-vosstanovitel'nye usloviya i kharakteristiki donnykh otlozhenii bukht Sevastopol'skogo regiona / Yu. S. Kurinnaya [i dr.] // Ekologicheskaya bezopasnost' pribrezhnoi i shel'fovoi zon morya. 2022. № 1. S. 42–54. doi:10.22449/2413-5577-2022-1-42-54
6. Mirzoeva N. Yu., Gulin S. B., Miroshnichenko O. N. Radionuklidy strontsiya i tseziya // Sistema Chernogo morya / Otv. red. akademik RAN A. P. Lisitsyn. M. : Nauchnyi mir, 2018. S. 605–624. https://doi.org/10.29006/978-5-91522-473-4.2018
7. Partitioning of Cs-137 between sediment and water from the Black Sea / M. Fuhrmann [et al.] // Chemistry and Ecology. 1992. Vol. 7, iss. 1–4. P. 3–17. https://doi.org/10.1080/02757549208055429
8. Buesseler K. O., Livingston H. D. Time-Series Profiles of 134Cs, 137Cs and 90Sr in the Black Sea // Sensitivity to Change: Black Sea, Baltic Sea and North Sea / Eds. E. Özsoy, A. Mikaelyan. Dordrecht : Springer, 1997. P. 239–251. https://doi.org/10.1007/978-94-011-5758-2_19
9. Radioekologicheskii otklik Chernogo morya na chernobyl'skuyu avariyu / G. G. Polikarpov [i dr.]. Sevastopol' : EKOSI-Gidrofizika, 2008. 666 s.
10. Evolution and fluxes of 137Cs in the Black Sea/Turkish Straits System/North Aegean Sea / R. Delfanti [et al.] // Journal of Marine Systems. 2014. Vol. 135. P. 117–123. https://doi.org/10.1016/j.jmarsys.2013.01.006
11. Radionuclides Assessment for the Romanian Black Sea Shelf / G. Chiroşca [et al.] // Diversity in Coastal Marine Sciences / Eds. C. Finkl, C. Makowski. Cham : Springer, 2018. P. 221–232. https://doi.org/10.1007/978-3-319-57577-3_13
12. Otsenka skorosti sedimentatsii i osadkonakopleniya v pribrezhnykh i glubokovodnykh akvatoriyakh Chernogo morya s ispol'zovaniem prirodnykh i antropogennykh (chernobyl'skikh) radionuklidov / N. Yu. Mirzoeva [i dr.] // Sistema Chernogo morya / Otv. red. akademik RAN A. P. Lisitsyn. M. : Nauchnyi mir, 2018. S. 659–670. https://doi.org/10.29006/978-5-91522-473-4.2018
13. Raspredelenie 137Cs v poverkhnostnom sloe Chernogo morya letom 2017 goda / I. I. Dovgii [i dr.] // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2020. T. 36, № 2. S. 166–175. https://doi.org/10.22449/0233-7584-2020-2-166-175
14. The approaching obsolescence of 137Cs dating of wetland soils in North America / J. Z. Drexler [et al.] // Quaternary Science Reviews. 2018. Vol. 199. P. 83–96. https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2018.08.028
15. A global review of sediment source fingerprinting research incorporating fallout radiocesium (137Cs) / O. Evrard [et al.] // Geomorphology. 2020. Vol. 362. 107103. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2020.107103
16. Gulin S. B., Sidorov I. G., Gulina L. V. Biogennaya sedimentatsiya v Chernom more: radiotrassernoe issledovanie // Morskoi ekologicheskii zhurnal. 2013. T. 12, № 2. S. 19–25. EDN SZIOVD.
17. 40K in the Black Sea: a proxy to estimate biogenic sedimentation / S. B. Gulin [et al.] // Journal of Environmental Radioactivity. 2014. Vol. 134. P. 21–26. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2014.02.011
18. Rusakov, V. Yu., Borisov, A. P., Solov'eva G. Yu. Skorosti sedimentatsii (po dannym izotopnogo analiza 210Pb i 137Cs) v raznykh fatsial'no-geneticheskikh tipakh donnykh osadkov Karskogo morya // Geokhimiya. 2019. T. 64, № 11. S. 1158–1174. https://doi.org/10.31857/S0016-752564111158-1174
19. Kremenchutskii D. A., Gurov K. I. Assessment of sedimentation rate in the Balaklava Bay by radionuclides // 20th International Multidisciplinary Scientific GeoConference, SGEM 2020 (Albena, Bulgaria, 18 August – 24 August, 2020) : proceedings. Sofia, Bulgaria: STEF92 Technology, 2020. Vol. 20, iss. 5.1. P. 83–90. https://doi.org/10.5593/sgem2020/5.1/s20.011
20. Abril J. M. On the use of 210Pb-based records of sedimentation rates and activity concentrations for tracking past environmental changes // Journal of Environmental Radioactivity. 2022. Vol. 244–245. 106823. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2022.106823
21. Assessment of measurement accuracy in 210Pb dating sediment methods / A. Schirone [et al.] // Quaternary Geochronology. 2022. Vol. 69. 101255. https://doi.org/10.1016/j.quageo.2022.101255
22. Kremenchutskii D. A., Gurov K. I. Raspredelenie 137Cs i 40K v donnykh otlozheniyakh Balaklavskoi bukhty (Chernoe more) // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2021. T. 37, № 2. S. 207–221. https://doi.org/10.22449/0233-7584-2021-2-207-221
23. Robbins J. A., Edgington D. N., Kemp A. L. W. Comparative 210Pb, 137Cs, and pollen geochronologies of sediments from lakes Ontario and Erie // Quaternary Research. 1978. Vol. 10, iss. 2. P. 256–278. https://doi.org/10.1016/0033-5894(78)90105-9
24. Currie L. A. Limits for qualitative detection and quantitative determination. Application to radiochemistry // Analytical Chemistry. 1968. Vol. 40, iss. 3. P. 586–593. https://doi.org/10.1021/ac60259a007
25. Osnovnye istochniki zagryazneniya morskoi sredy Sevastopol'skogo regiona / E. I. Ovsyanyi [i dr.] // Ekologicheskaya bezopasnost' pribrezhnoi i shel'fovoi zon i kompleksnoe ispol'zovanie resursov shel'fa. Sevastopol' : EKOSI-Gidrofizika, 2001. S. 138–152.
26. Biogeokhimicheskie kharakteristiki sedimentatsionnogo samoochishcheniya Sevastopol'skoi bukhty ot radionuklidov, rtuti i khlororganicheskikh zagryaznitelei / V. N. Egorov [i dr.] // Morskoi biologicheskii zhurnal. 2018. T. 3, № 2. C. 40–52. EDN XSWAXJ. https://doi.org/10.21072/mbj.2018.03.2.03
27. Partition of radiotracers between suspended particles and seawater / Y.-H. Li [et al.] // Geochimica et Cosmochimica Acta. 1984. Vol. 48, iss. 10. P. 2011–2019. https://doi.org/10.1016/0016-7037(84)90382-X
28. Hawley N., Robbins J. A., Eadie B. J. The partitioning of 7beryllium in fresh water // Geochimica et Cosmochimica Acta. 1986. Vol. 50, iss. 6. P. 1127–1131. https://doi.org/10.1016/0016-7037(86)90393-5
29. Role of suspended matter in controlling beryllium-7 (7Be) in the Black Sea surface layer / D. A. Kremenchutskii [et al.] // Journal of Marine Systems. 2021. Vol. 217. 103513. https://doi.org/10.1016/j.jmarsys.2021.103513
30. Biogeokhimicheskie mekhanizmy formirovaniya kriticheskikh zon v Chernom more v otnoshenii zagryaznyayushchikh veshchestv / V. N. Egorov [i dr.] // Morskoi ekologicheskii zhurnal. 2013. T. 12, № 4. S. 5–26. EDN SYSNGP.
