Исследование источников поступления и распределения 40К в приземном слое атмосферы г. Ростова-на-Дону

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Геофизика


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 551. 521. 2: 551. 513. 22
ИССЛЕДОВАНИЕ ИСТОЧНИКОВ ПОСТУПЛЕНИЯ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ 40К В ПРИЗЕМНОМ СЛОЕ АТМОСФЕРЫ Г. РОСТОВА-НА-ДОНУ
1 12 2 12 2 Стасов В. В., Бураева Е. А. '-, Малышевский В. С., Нефедов В. С. '-, Дергачева Е. В.
'-Научно-исследовательский институт физики ФГАОУ ВПО «Южный федеральный университет» (344 090, Ростов-на-Дону, пр. Стачки, '-0'-), e-mail: buraeva_elena@mail. ru
2Физический факультет ФГАОУ ВПО «Южный федеральный университет» (344 090, Ростов-на-Дону, ул.
Зорге, 5), e-mail: vsmalyshevsky@sfedu. ru_
Проведена оценка содержания и сезонного поведения естественного радионуклида земного происхождения 40К в приземном слое воздуха промышленного центра (на примере г. Ростова-на-Дону). Объемную активность
40К
в атмосферных аэрозолях определяли инструментальным гамма-спектрометрическим методом радионуклидного анализа. Содержание 40К в атмосферных аэрозолях г. Ростова-на-Дону варьирует в пределах от 1,8 до 95,5 мкБк/м3. Поведение 40К (усредненное за период 20 022 011 гг.) в приземном слое воздуха региона исследования отличается максимумом в летний период (с июня по октябрь) и минимумом в зимний. Подобный сезонный ход характерен для многих радионуклидов в атмосфере различных регионов мира. Также в данной работе оценено содержание 40К в фракциях придорожной пыли и атмосферных аэрозолях. Содержания в аэрозольной и придорожной пыли 40К близки к его средним содержаниям для почв Ростовской области.
Ключевые слова: 40К, приземный слой воздуха, осадки, атмосферные аэрозоли, температура воздуха, ветровой подъем, атмосферное давление, относительная влажность воздуха.
SOURCES OF 40K IN THE SURFACE LAYER OF THE ATMOSPHERE OF ROSTOV-ON-DON
Stasov V. V. 1, Buraeva E. A. 1,2, Malyshevsky V. S. 2, Nefedov V. S. 1,2, Dergacheva E. V. 2
'-Research institute of Physics, Southern Federal University, Rostov-on-Don, Russia (444 909, Rostov-on-Don, Stachka Av. '-04), e-mail: buraeva_elena@mail. ru
2Southern Federal University, Rostov-on-Don, Russia (444 909, Rostov-on-Don, Stachka Av. '-04/2), e-mail:
vsmalyshevsky@sfedu. ru_
The content and the seasonal behavior of the natural radionuclide 40K in the lower atmosphere of the industrial center (for example, the city of Rostov-on-Don, Russia) have been made. The 40K activity concentration in the atmospheric aerosols was determined by the instrumental gamma spectrometry radionuclide analysis. The content of 40K in atmospheric aerosols of Rostov-on-Don is in the range from 1.8 to 95.5 ^q/m3. The behavior of 40K (average for the period 2002−2011) in the lower atmosphere of the region differs by maximum in summer (June to October) and a minimum in winter. Such seasonal variation is typical for many radionuclides in the atmosphere of different regions in the world. The content of 40K in fractions of a roadside dust and atmospheric aerosols has been evaluated. The contents of 40K in an aerosol and dust roadside is close to mean contents for
soils of Rostov region. _
Keywords: 40K, the surface layer of air, precipitation, atmospheric aerosols, air temperature, wind uplift, barometric pressure, relative humidity.
Введение
Естественный радионуклид земного происхождения 40К в атмосферу урбанизированных и природных территорий может поступать с ветровым подъемом пыли с поверхности почвы и может использоваться как репер при оценке вклада ветрового подъема в суммарную радиоактивность атмосферы [4]. В целом, в почвах и грунтах содержатся значительные количества данного элемента — от 100 Бк/кг до 2000 Бк/кг [1,2,6,7]. По разным оценкам среднемировое содержание 40К в различных почвах составляет 300−500 Бк/кг [1,2].
В приземном слое воздуха объемная активность 40К варьирует в пределах 10−5 — 10−8 Бк/м [5,8]. Сезонное поведение данного радионуклида отличается как максимум в летний период и минимумом в осенне-зимний, так и относительно равномерным распределением его объемной активности в течение года [5,8].
Данная работа посвящена исследованию источников поступления и распределения 40К в приземном слое атмосферы г. Ростова-на-Дону и оценке его содержания, сезонного поведения и зависимости от некоторых метеопараметров (температуры, количества осадков, относительной влажности).
Объекты и методы их исследования
Объектом настоящего исследования является приземный слой воздуха г. Ростова-на-Дону. Климат Ростова-на-Дону — умеренно-континентальный, с прохладной зимой и жарким летом.
Для отбора проб дисперсной фазы атмосферных аэрозолей в Лаборатории радиоэкологических исследований НИИ физики Южного федерального университета в 2001 году введена в эксплуатацию фильтровентиляционная установка (ФВУ). Атмосферные аэрозоли отбирали на фильтр из ткани Петрянова ФПП-15−1.7 общей площадью 0,56 м³. Реальное (чистое) время экспозиции каждой пробы, определяемое электронным хронометром, составляет 168 часов. Расход воздуха ФВУ составляет около 510−630 м3/час. В целом, за 2002−2011 гг. было отобрано более 500 проб атмосферных аэрозолей.
Для оценки удельной активности 40К в атмосферных аэрозолях использовали радиометрическую низкофоновую установку на основе коаксиального полупроводникового детектора из особо чистого германия (ОеНР) с эффективностью 25% в диапазоне 13−1500 кэВ, отношением пик/комптон 51. 7:1.
Активность 40К определяли по пику с энергией 1460,8 кэВ. По разности весов экспонированного и чистого фильтра оценивали запыленность воздуха Р0=Р/У (мкг/м). Погрешность определения объемной активности 40К не превышала 15%.
Результаты и их обсуждение
Объемная активность 40К в атмосферных аэрозолях г. Ростова-на-Дону варьирует в широких пределах, от 1,8 до 95,5 мкБк/м. При этом среднегодовые содержания данного радионуклида (табл. 1), в целом, достаточно высоки — 30−70 мкБк/м. Полученные данные согласуются для таковых в других регионах [5,8]. Ниже представлены пределы вариации 40К в приземной атмосфере г. Ростова-на-Дону за период с 2002 по 2011 г.
Таблица 1. Объемная активность (ОА) 40К в атмосферных аэрозолях за период 2002—2011 гг., Бк/м3
Год Мт Мах Среднее значение
2002 3,14Е-06 5,86Е-05 2,54Е-05
2003 1,86Е-06 4,43Е-04 7,70Е-05
2004 7,47Е-06 1,10Е-04 3,57Е-05
2005 8,69Е-06 9,55Е-05 3,97Е-05
2006 1,14Е-05 1,17Е-04 5,62Е-05
2007 3,21Е-06 1,00Е-04 3,86Е-05
2008 2,45Е-06 1,17Е-04 5,27Е-05
2009 5,74Е-07 4,56Е-04 5,48Е-05
2010 1,45Е-05 4,56Е-04 5,32Е-05
2011 1,06Е-05 3,15Е-04 5,09Е-05
В целом (рис. 1) сезонное поведение 40К (усредненное за период 2002—2011 гг.) в приземном слое воздуха г. Ростова-на-Дону отличается максимумом в летний период (с июня по октябрь). Подобный сезонный ход характерен для многих радионуклидов в атмосфере различных регионов мира [5,8].
Данное поведение 40К, скорее всего, связано с минимальным количеством осадков и высокими температурами воздуха в летний период и в первый осенний месяц. Для г. Ростова-на-Дону и Ростовской области характерны жаркие и засушливые июль, август и сентябрь. Подобные погодные факторы в совокупности с достаточно сильным ветром создают условия для ветрового подъема пыли с подстилающей поверхности.
9,00Е-05 8,00Е-05 7,00Е-05 6,00Е-05 5,00Е-05 4,00Е-05 3,00Е-05 2,00Е-05 1,00Е-05 0,00Е+00
ОА, Бк/м3
¦л Л н Л
§ & amp- ч & lt-и
§ а «м & amp-
& lt-и -е 03
«сз

К
н о
еу «
03
Л
а
& lt-и о
Л
а
I
о
Л
а
ю «
о и
¦л
а
ю
& lt-и Ч
Рис. 1. Сезонный ход 40К, усредненный за 10 лет, Бк/м3
Корреляция среднемесячных содержаний 40К в атмосферных аэрозолях с количеством выпавших осадков, температурой воздуха, давлением, скоростью ветра и относительной влажностью воздуха, представлена в таблице 2.
Таблица 2. Корреляция среднемесячных содержаний 40К в атмосферных аэрозолях с количеством осадков, температурой, давлением, скоростью ветра, относительной
влажностью
Год Коэффициент корреляции
Количество осадков Температура воздуха Давление Скорость ветра Относительная влажность
2002 -0,74 0,53 -0,47 0,65 -0,61
2003 -0,71 0,66 -0,59 0,61 -0,57
2004 -0,66 0,82 -0,61 0,67 -0,67
2005 -0,62 0,58 -0,47 0,71 -0,69
2006 -0,70 0,65 -0,41 0,69 -0,86
2007 -0,73 0,58 -0,43 0,54 -0,57
2008 -0,66 0,77 -0,54 0,62 -0,82
2009 -0,71 0,69 -0,41 0,69 -0,55
2010 -0,69 0,71 -0,45 0,61 -0,81
2011 -0,67 0,66 -0,53 0,72 -0,65
Среднее -0,69 0,67 -0,49 0,65 -0,68
Обратная зависимость между объемной активностью 40К в аэрозолях и количеством выпавших осадков, а также с относительной влажностью воздуха обусловлена селективным вымыванием радионуклида из атмосферы. Устойчивая корреляция с температурой воздуха и скоростью ветра на протяжении десятилетнего периода объясняется, прежде всего, тем, что данные метеопараметры оказывают прямое влияние на состояние верхнего слоя почвы, а также являются составляющими механизма ветрового подъема частиц с подстилающей поверхности.
Для более ясного понимания механизмов ветрового подъема 40К в приземный слой атмосферы изучена связь его содержания во фракциях почвы и атмосферных аэрозолей.
В 2006—2008 гг. вдоль автодорог Ростов-Аксай-Новочеркасск был проведен прообоотбор пыли и почв. Для оценки содержания 40К в фракциях придорожной пыли и атмосферных аэрозолях были проанализированы более 170 проб.
Данные по содержанию 40К в пробах пыли и в аэрозольной пыли за летние месяцы 20 062 008 гг. приведены в табл. 3.
Таблица 3. Содержание 40К в пробах пыли и в аэрозольной пыли за летние месяцы
2006−2008 гг., Бк/кг
Год Придорожная пыль Аэрозольная пыль
Интервал Среднее Интервал Среднее
2006 8,6−490,8 289,4 158,5−530,2 281,1
2007 5,2−448,7 294,8 115,1−541,8 253,8
2008 6,6−486,1 312,7 130,8−578,6 311,3
Хорошее согласие содержания 40К в аэрозолях и придорожной пыли подтверждает тот факт, что содержание этого радионуклида в приземной атмосфере обуславливается ветровым подъемом преимущественно мелкодисперсных фракций почво-грунтов [4].
Более детальную информацию получили при анализе фракций придорожной пыли (рис. 2). Содержание 40К в аэрозолях наиболее близко к содержанию их в самой малодисперсной фракции пыли (& lt-0,06), что свидетельствует о том, что ветровой подъем является основным источником поступления этого радионуклида в приземный слой атмосферы города.
400 Бк/кг
350
300 250 200 150 100 50 0
& lt-0,06
0,1−0,06
0,25−0,1
0,5−0,25
1−0,5
размер, мм
Рис. 2. Зависимость 40К от размера частиц
Анализ результатов определения 40К в различных фракциях (от 1 мм до 60 мкм) придорожной пыли показал возрастание концентраций радионуклида (в 2−4 раза) с уменьшением размера частиц (рис. 2).
В связи с заключением о содержании 40К в придорожной пыли был проведен сравнительный анализ с его содержанием в почве.
Таблица 4. Содержание 40К в пробах почвы
Р/н Почва-кювет Почва-целина Пыль, обочина
предел ср. предел ср. предел ср.
40К 333,8−532,0 438,0 379,2−510,9 466,2 181,2−367,1 262,1
Содержания 40К близки к его средним содержаниям для почв Ростовской области [1,2], но меньше таковых для придорожной пыли из-за зависимости содержаний радионуклида от дисперсности пробы. В более мелких частицах почвы содержания 40К заметно меньше, чем в почве (табл. 4). Таким образом, для этого радионуклида среднее содержание в придорожной пыли меньше, чем в почвах в 1,7−1,8 раза.
Корреляция содержания 40К в атмосферных аэрозолях с запыленностью воздуха представлена в табл. 5 и варьирует в пределах 0,61−0,82.
Таблица 5. Корреляция 40К с запыленностью воздуха
2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 среднее
068 0,80 0,61 0,61 0,62 0,71 0,68 0,79 0,82 0,67 0,70
Наличие хорошей и устойчивой на протяжении 10 лет корреляции содержания 40К в атмосферных аэрозолях (табл. 5) с запыленностью приземной атмосферы подтверждает определяющую роль ветрового как основного источника поступления этого радионуклида в атмосферу.
Выводы
За период 2002—2011 гг. получены данные еженедельного контроля содержаний радионуклида 40К. Данные обобщены для получения зависимостей от различных метеопараметров, а также усреднены по годам.
В сезонном ходе 40К имеет место подъем содержания в аэрозолях в весенний период, связанный с перестройкой атмосферы, летнее повышение и зимнее понижение. Имеется локальный максимум в апреле (весенняя перестройка атмосферы) и локальный минимум в июне (вымывание аэрозолей в период максимума количеством осадков).
Для изучения особенностей ветрового подъема 40К в приземный воздух изучены связи его содержания в атмосферных аэрозолях и в почвах и фракциях придорожной пыли.
Хорошее согласие содержания 40К в аэрозолях и придорожной пыли говорит о том, что содержание этого радионуклида в приземной атмосфере обуславливается ветровым подъемом преимущественно мелкодисперсных фракций почво-грунтов, а наличие устойчивой на
протяжении 10 лет корреляции содержания 40K в атмосферных аэрозолях с запыленностью приземной атмосферы подтверждает определяющую роль ветрового как основного источника поступления этого радионуклида в атмосферу.
Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (№ 14А18. 21. 0633).
Список литературы
1. Бураева Е. А. Радиоэкологический мониторинг наземных экосистем района расположения Волгодонской АЭС // Известия ВУЗов. Северо-Кавказский регион. Технические науки. Специальный выпуск. — 2008. — С. 148−153.
2. Бураева Е. А., Малышевский В. С., Шиманская Е. И., Вардуни Т. В., Триболина А. Н., Гончаренко А. А., Гончарова Л. Ю., Тоцкая В. С., Нефедов В. С. Содержание и распределение естественных радионуклидов в различных типах почвы Ростовской области // Современные проблемы науки и образования. — 2013. — № 4- URL: www. science-education. ru/110−9652
3. Давыдов М. Г. Радиоэкология: учебник для вузов / М. Г. Давыдов, Е. А. Бураева, Л. В. Зорина, В. С. Малышевский, В. В. Стасов. — Ростов-на-Дону: Феникс, 2013. — 635 с.
4. Стасов В. В. Исследования источников поступления и процессов переноса радионуклидов в приземной атмосфере антропогенно-измененного ландшафта (на примере г. Ростова-на-Дону): Автореф. дисс… канд. физ. -мат. наук. — Ростов-на-Дону, 2013. — 24 с.
5. Hotzl H., Winkler R. Activity Concentrations of 226Ra, 228Ra, 210Pb, 40K and 7Be and their temporal variations in surface air // J. Environ. Radioactivity. — 1987. — Vol. 5. — P. 445−458.
226 232 40
6. Malanca A., Gaidolfi L., Pessina V., Dallara G. Distribution of Ra, Th, and K in soils of Rio Grande do Norte (Brazil) // J. Environ. Radioactivity. — 1996. — Vol. 30. — №. 1. — P. 55−67.
7. Navas A., Soto J., Machin J. 238U, 226Ra, 210Pb, 232Th and 40K activities in soil profiles of the Flysch sector (Central Spanish Pyrenees) // Applied Radiation and Isotopes. — 2002. — Vol. 57. — P. 579−589.
8. Rulik P., Mala H., Beckova V., Holgye Z., Schlesingerova E., Svetlik I., Skrkal J. Low level air radioactivity measurements in Prague, Czech Republic // Applied Radiation and Isotopes. — 2009. -Vol. 67. — P. 969−973.
Рецензенты:
Вардуни Т. В., д.п.н., к.б.н., профессор, заведующая отделом экологических инноваций Научно-исследовательского института биологии ФГАОУ ВПО «Южный федеральный университет», г. Ростов-на-Дону.
Симонович Е. И., д.б.н., старший научный сотрудник Научно-исследовательского института биологии ФГАОУ ВПО «Южный федеральный университет», г. Ростов-на-Дону.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой