РАДИОХИМИЯ, 2023, том 65, № 4, с. 393-400

УДК 546.36.02.137

К ДИФФУЗИИ ГЛОБАЛЬНОГО ¹³⁷Cs В ДОННЫХ

ОТЛОЖЕНИЯХ СЕВЕРНЫХ МОРЕЙ

Арктический и Антарктический научно-исследовательский институт,

199397, Санкт-Петербург, ул. Беринга, д. 38

*е-mail: aksenov2801@gmail.com

Поступила в редакцию 15.01.2023, после доработки 20.05.2023, принята к публикации 26.05.2023

В донных отложениях (ДО) морей Лаптевых и Карского ¹³⁷Cs в течение ~30 лет мигрировал по

механизму диффузии с коэффициентами диффузии (D) n·(10^-9-10^-8) cм²/с. В профиле ДО между сло-

ями грунта сохранялся градиент концентрации ¹³⁷Cs; тренд снижения концентрации от верхнего к

нижним слоям керна не нарушался на всем пути миграции радионуклида. ¹³⁷Cs медленно мигрировал

в толщу ДО; около 20% ¹³⁷Cs оставалось в верхнем (0-1 см) слое грунта. ¹³⁷Cs мигрировал в ДО залива

Цивольки архипелага Новая Земля при крайне низкой температуре -1.0, -1.2°С вод и грунтов дна. Кон-

центрация ¹³⁷Cs в верхнем слое ДО (0-1 см) моря Лаптевых и залива Цивольки характеризовалась

близким диапазоном значений 7-18 и 14-24 Бк/кг, соответствующих глобальному уровню загрязнения

грунтов. Залив Цивольки 10 месяцев закрыт льдом. Профиль ¹³⁷Cs в кернах ДО формировался за счет

диффузии радионуклида в условиях короткого теплого периода поступления в залив терригенной взве-

си. Содержание ¹³⁷Cs в ДО залива Цивольки и вид профиля концентраций в кернах показали отсутствие

утечки радионуклида из захороненных в заливе объектов с радиоактивными веществами. Определения

коэффициентов диффузии ¹³⁷Cs, выполненные по экспериментальным данным, будут востребованы в

моделях миграции радионуклида в водоемах и при научной поддержке мероприятий по минимизации

ущерба от воздействия радиационного фактора.

Ключевые слова: ¹³⁷Cs, северные моря, донные отложения, миграция, коэффициент диффузии,

радиоактивные отходы.

DOI: 10.31857/S003383112304010X, EDN: IMSGOF

ВВЕДЕНИЕ

деляется устойчивостью защитных барьеров объ-

ектов, содержащих РАО, и сроками их разрушения.

Глобальным выпадениям искусственных ради-

Поэтому вопросы прогноза возможных утечек ИРН

онуклидов (ИРН) из атмосферы и сбросу ИРН в

и оценок последствий загрязнения моря сохраняют

морскую среду отводится ведущая роль в радиоак-

свою актуальность, несмотря на относительно по-

тивном загрязнении Северного Ледовитого океана,

зитивные оценки современного радиоактивного со-

что нашло подтверждение в итоговых документах

стояния загрязнения вод и дна заливов архипелага

международных исследований, выполненных в

Новая Земля [2, 4, 5].

1992-1995 гг. [1-4].

При значительном массиве данных о содержа-

Море Лаптевых, Восточно-Сибирское и Чукот-

нии ¹³⁷Cs в поверхностном слое 0-2 см донных

ское моря удалены от районов сброса ИРН в мор-

отложений северных морей [6-10] наблюдения за

скую среду, а поэтому загрязнение их вод и донных

его уровнями в профиле донных отложений менее

отложений отвечает низким уровням современно-

представительны. Поэтому вопросы прогноза дол-

го техногенного фона [1, 3]. В то же время захо-

говременной миграции ¹³⁷Cs и других долгоживу-

роненные на небольших глубинах Карского моря

щих ИРН в толщу донных отложениях Карского

объекты [1-3] с радиоактивными отходами (РАО)

моря и заливов архипелага Новая Земля сохраняют

представляют потенциальную опасность из-за воз-

свою актуальность. Размещение в северных морях

можных утечек. Их поступление в воды моря опре-

АЭС на плавучих платформах также повышает ак-

393

394

БАКУНОВ и др.

рости диффузии (D) примеси ~10^-8 см²/с загрязне-

ние ДО определяется поступлением взвесей, содер-

жащих поллютант. В противном случае загрязнение

ДО определяется сорбцией поллютанта грунтами

дна и диффузией. В кернах ДО, взятых с больших

глубин 500-3000 м моря Бофорта, миграция ¹³⁷Cs

прослеживалась до глубины 5-15 см [10]. Уровни

¹³⁷Cs снижались от верхнего слоя керна к глубже

лежащим слоям. Аналогичный тренд уровней ¹³⁷Cs

наблюдался в колонках ДО с больших глубин моря

Лаптевых, Белого и Карского морей [4-9]. Наличие

градиента концентраций ¹³⁷Cs между слоями дон-

ных отложений и низкая скорость миграции ради-

онуклида в ДО глубоких станций моря позволяли

допустить перенос ионов ¹³⁷Cs в толщу грунтов

преимущественно по механизму диффузии.

Ƚɥɭɛɢɧɚ ɫɦ

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Рис. 1. Профиль ¹³⁷Cs в донных отложениях морей Лап-

тевых и Карского. 1 - станция 2 моря Лаптевых [8]; 2, 3 -

станции 4а и 3 залива Цивольки соответственно [4, 5, 7];

Для изучения миграции ¹³⁷Cs в толщу донных

4 - линейный тренд изменения концентрации ¹³⁷Cs с глу-

отложениях была сформирована выборка станций с

биной на станции 2 моря Лаптевых; 5 - линейный тренд

колонками грунтов, взятых при больших глубинах

изменения концентрации ¹³⁷Cs с глубиной на станции 3

залива Цивольки; 6 - линейный тренд изменения концен-

моря. Допускалось, что на станциях с большими

трации ¹³⁷Cs с глубиной на станции 4 залива Цивольки.

глубинами и удаленными от устьев больших рек,

будут получены корректные оценки скорости ми-

туальность исследований миграции ИРН в ДО мо-

грации глобального ¹³⁷Cs в глубь морского грунта

рей Арктики.

за время 28-30 лет. К исследованиям привлекались

колонки ДО из морей Лаптевых и Карского морей,

Задача исследования состояла в изучении мигра-

ции глобального ¹³⁷Cs в профиле колонок морских

отобранные в международных экспедициях 1992-

донных отложений в целях определения скорости

1995 гг. [4, 5, 8], что позволяло сравнивать мигра-

естественной дезактивации донных отложений от

цию глобального ¹³⁷Cs в грунтах за сопоставимый

~30-летний отрезок времени.

¹³⁷Cs c течением времени. Объектами исследования

стали колонки грунта с послойным распределени-

¹³⁷Cs в ДО морей определялся гамма-спектро-

ем в них ¹³⁷Cs глобальных выпадений, привлекае-

метрическим методом с использованием Ge(Li)-де-

мого к изучению миграции радионуклида в глубь

тектора. В ДО моря Лаптевых [8] определение ¹³⁷Cs

донных отложений и определению количественной

проводили с использованием гамма-спектрометра

характеристики этого процесса.

Canberra (США). Минимальная детектируемая ак-

В методологии исследования принималось, что

тивность составила 1.0-1.5 Бк/проба. Время изме-

медленный перенос ¹³⁷Cs из поверхностного слоя

рения проб достигало 80000 с. В исследованиях [4,

5, 8] шаг послойного определения ¹³⁷Cs в колонках

ДО в толщу изучаемых грунтов происходит по ме-

грунта составил 0-1 см, что позволяло сравнивать

ханизму диффузии. В океане седиментация меньше

1.0 мм/год. Поэтому при короткой экспозиции ¹³⁷Cs

содержание ¹³⁷Cs в ДО разных водоемов. Опреде-

ления ¹³⁷Cs в грунтах, выполненные разными орга-

влиянием седиментации на оценки скорости мигра-

низациями, показали при сверке данных [2, 3] удов-

ции ¹³⁷Cs в толщу ДО можно пренебречь. Однако

летворительное согласие.

на мелководном шельфе поступление на дно взвеси

с ¹³⁷Cs может маскировать перенос радионуклида в

На рис. 1 приведены профили ДО с послойным

глубь ДО. Согласно теоретической оценке [11], при

распределением ¹³⁷Cs в колонках грунтов из моря

повышенной седиментации ≥1 см/год и низкой ско-

Лаптевых [8] и залива Цивольки [4, 5] архипелага

РАДИОХИМИЯ том 65 № 4 2023

К ДИФФУЗИИ ГЛОБАЛЬНОГО 137Cs

395

Таблица 1. Коэффициент диффузии D ¹³⁷Cs в грунтах станций Лаптевых и Карского морей

Станция

¹³⁷Cs, Бк/кг,

Район наблюдений

D см²/с

Номер, индекс

глубина, м

слой 0-1 см

Море Лаптевых, 1995 г. [8]

152

Шельф в проливе Вилькицкого

(1.8 ± 1.1)× 10^-8

6.5

Шельф, сев.-вост. от Северной Земли

(1.1 ± 1.0)× 10^-8

100

13.5

Шельф, сев.-вост. от Северной Земли

(6.8 ± 4.5)× 10^-9

Карское море, залив Цивольки архипелага Новая Земля, 1993 г. [4, 5, 7]

1а

40-45

13.7

Внутри залива

(6.5 ± 4.6)× 10^-9

40-45

19.7

Внутри залива

(6.9 ± 2.4)× 10^-9

4а

<45

22.0

На выходе из залива

(2.1 ± 1.6)× 10^-8

4б

<45

На выходе из залива

(5.8 ± 1.8)× 10^-9

Карское море, 1993 г. [4, 5, 7]

<40

17.9

Близко к выходу из залива Степового

(1.8 ± 1.3)× 10^-8

Новая Земля Карского моря. Уровни ¹³⁷Cs в кернах

сброса ИРН исключали возможное влияние упомя-

снижались от поверхностного слоя грунта к более

нутых факторов на миграцию глобального ¹³⁷Cs в

глубоким слоям. Нарушений тренда снижения кон-

глубь донных отложений. Слабые выпадения «чер-

центраций ¹³⁷Cs в профиле ДО не наблюдалось.

нобыльского»¹³⁷Cs пришлись на ледяной покров

По-видимому, миграция ¹³⁷Cs протекала в относи-

моря Лаптевых, которое ~10 месяцев в году закрыто

тельно однородных по свойствам грунтах. В ДО

льдом. В ситуации, когда миграция ¹³⁷Cs в толщу

моря Лаптевых миграция ¹³⁷Cs прослеживалась на

ДО определяется диффузией радионуклида, загряз-

глубину 8-14 см, где его уровни в последних слоях

нение грунта можно оценивать расчетным путем на

кернов не превышали 1-2 Бк/кг сухой массы. К дате

основе коэффициентов диффузии D [13-16]. Кон-

мониторинга время пребывания глобального ¹³⁷Cs

центрацию ¹³⁷Cs в слоях ДО рассчитывали по фор-

в ДО моря Лаптевых составило 31, а в заливе Ци-

муле (2) переноса радионуклида из загрязненного

вольки Карского моря - 28 лет.

верхнего слоя ДО в глубь толщи грунта по механиз-

По данным определения ¹³⁷Cs в колонках ДО с

му диффузии.

залива Цивольки Карского моря [4, 5] и моря Лапте-

(2)

вых [8], взятых во время международных экспеди-

ций 1992-1995 гг. [3], нами рассчитывался коэффи-

где С - концентрация ¹³⁷Cs в слое x, Бк/кг; Q - кон-

циент диффузии ¹³⁷Cs с использованием выражения

центрация ¹³⁷Cs в слое загрязнения на момент t₀, Бк;

[12]

D - коэффициент диффузии, см²/с;t - время мигра-

D = b[(ln ε) 4t],

(1)

ции, с; x² - расстояние, пройденное ¹³⁷Cs, см.

где b = (x₂)² - (x₁)²; ε = С₁/С₂; D - коэффициент диф-

фузии, см²/с; x₁ и x₂ - произвольно взятые слои про-

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

филя концентраций ¹³⁷Cs с отметками слоя, см; С₁ и

С₂ - концентрации ¹³⁷Cs, соответствующие слоям x₁

В табл. 1 приведено среднее значение коэффици-

и x₂; t - время миграции, с. За дату t₀ формирования

ента D ¹³⁷Cs для грунтов морей и его среднеквадра-

кумулятивного запаса глобального ¹³⁷Cs в грунтах

тическая ошибка. Индексы и номера станций в табл.

морского дна принимали 1964 г. Послойный расчет

1 соответствуют первоисточникам [4, 5, 8], а значе-

коэффициента D завершался осреднением данных с

ния коэффициента диффузии ¹³⁷Cs - расчетам ав-

целью характеристики диффузии на всем пути ми-

торов статьи. Концентрация ¹³⁷Cs в поверхностном

грации радионуклида.

слое 0-1 см грунтов изменялась от 7 до 23.9 Бк/кг.

Удаленность моря Лаптевых от следов выпа-

Коэффициенты диффузии ¹³⁷Cs в ДО морей харак-

дений «чернобыльского» ¹³⁷Cs в 1986 г. и районов

теризовались диапазоном 5.8 × 10^-9-2.1 × 10^-8 см²/с.

РАДИОХИМИЯ том 65 № 4 2023

396

БАКУНОВ и др.

Таблица 2. Коэффициенты диффузии ¹³⁷Cs (данные расчета), верхние и нижние слои ДО

D среднее для двух

Слой, см

D, см²/с

Слой, см

D, см²/с

слоев, см²/с

Станция 1а, залив Цивольки, Карское море

Станция 2, море Лаптевых

1-2

1.19 × 10^-8

(6.7 ± 7.4)× 10^-9

1-2

1.80 × 10^-8

(2.2 ± 0.5)× 10^-8

2-3

1.48 × 10^-9

2-3

2.54 × 10^-8

4-5

8.43 × 10^-9

(6.3 ± 3.1)× 10^-9

7-8

1.29 × 10^-8

(7.9 ± 9.3)× 10^-8

5-6

4.06 × 10^-9

8-9

1.45 × 10^-7

Станция 3

Станция 4

0-1

4.13 × 10^-9

(7.3 ± 4.4)× 10^-9

0-1

3.32 × 10^-9

(5.2 ± 2.7)× 10^-9

1-2

1.04 × 10^-8

1-2

7.16 × 10^-9

5-6

6.43 × 10^-9

(7.2 ± 1.1)× 10^-9

3-4

5.86 × 10^-9

(1.6 ± 1.4)× 10^-8

6-7

7.94 × 10^-9

4-5

2.63 × 10^-8

Станция 4а

Станция 8

0-1

3.28 × 10^-9

(1.4 ± 1.5)× 10^-8

0-1

6.92 × 10^-9

(4.8 ± 2.9)× 10^-9

1-2

2.47 × 10^-8

1-2

2.79 × 10^-9

9-10

1.26 × 10^-8

(1.8 ± 1.1)× 10^-8

3-4

1.30 × 10^-8

(8.7 ± 6.1)× 10^-9

10-12

3.06 × 10^-8

4-5

4.36 × 10^-9

Станция 4б

1-2

5.46 × 10^-9

(4.1 ± 1.9)× 10^-9

2-3

2.75 × 10^-9

5-6

8.40 × 10^-9

6-7

5.73 × 10^-9

(8.1 ± 0.5)× 10^-9

Коэффициент диффузии ¹³⁷Cs в донных отложениях

узком диапазоне значений, близких к среднему для

на выходе из залива Степового (1.8 ± 1.3) × 10^-8 бли-

кернов (табл. 1). В расчетах коэффициентов диф-

зок к наблюдаемым в ДО залива Цивольки.

фузии радионуклидов в гетерогенных грунтах (по-

Коэффициенты диффузии ¹³⁷Cs в ДО станций

чва, донные отложения) допускается, что миграция

моря Лаптевых составили 6.8 × 10^-9-1.8 × 10^-8 см²/с.

ионов проходит в однородной среде. Фактически

Миграция глобального ¹³⁷Cs в грунтах станций

лишь для большей или меньшей части длины кер-

шельфа моря Лаптевых в течение ~30 лет характе-

нов соблюдаются условия однородности свойств.

ризовалась тенденцией повышения коэффициента

Поэтому вариабельность коэффициента диффузии

диффузии от поверхностных слоев керна в глуби-

в значительной степени зависит от свойства грунта,

ну (табл. 2). Тенденция отчетливо прослеживалась

влияющего на миграцию ионов. В практике хране-

по данным осредненных значений коэффициента

ния и захоронения РАО широко используется искус-

D для верхних и нижних слоев кернов станций 2,

ственное изменение коэффициентов диффузии ра-

4, 8. Для нижних слоев кернов этих станций ко-

дионуклидов путем создания мигрирующим ионам

эффициент диффузии ¹³⁷Cs был в 2-3 раза больше

барьеров с низкими коэффициентами D.

наблюдаемых в верхних слоях. Ранее такая законо-

В табл. 3 для станции 2 моря Лаптевых приве-

мерность отмечалась для ДО пресноводных озер,

дены данные нашего расчета по формуле (2) со-

загрязненных «чернобыльским» ¹³⁷Cs [13-15]. Для

держания ¹³⁷Cs в слоях керна с экспозицией 31 год.

донных отложений залива Цивольки на станциях 4а

В расчете значение D 1.2 × 10^-8 см²/с взято как

и 4б сохранялась тенденция повышения коэффици-

осредненное для трех станций моря (табл. 1). За-

ента диффузии ¹³⁷Cs с глубиной слоев керна. Од-

пас Q₀ на время t₀ (1964 г.) нам неизвестен. Его

нако в слоях кернов станций 1а и 3 коэффициент D

оценка проведена на основе запаса 1995 г., равно-

на всем пути миграции радионуклида изменялся в

го 107.7 Бк/кг и корректируемого на величину рас-

РАДИОХИМИЯ том 65 № 4 2023

К ДИФФУЗИИ ГЛОБАЛЬНОГО 137Cs

397

пада за 1964-1995 гг. Запас Q₀ в ДО станции 2 на

Таблица 3. Распределение ¹³⁷Cs в профиле донного

1964 г. составил 218. Бк/кг. Высокие для системы

грунта моря Лаптевых, станция 2, расчет по среднему

D = 1.2 × 10^-8 см²/с трех станций 2, 4, 8

вода-дно коэффициенты распределения ¹³⁷Cs (K_d =

n·(10³-10⁴) л/кг) позволяли допустить снижение за-

Миграция 1964-1995 гг.

Слои ДО, см

паса Q₀ за ~30 лет за счет распада радионуклида.

Опыт [8]

Расчет

Колонка ДО станции 2 [8] в ~2 раза длиннее стан-

0-1

17.7

ций 4 и 8. Поэтому ей отдано предпочтение в пред-

1-2

17.0

ставлении оценки послойного распределения ¹³⁷Cs

2-3

15.6

в керне. Для экспозиции 31 год данные расчета

3-4

13.7

¹³⁷Cs в слоях ДО удовлетворительно согласовыва-

4-5

11.6

лись с опытом. По данным расчета, концентрации

5-6

9.3

¹³⁷Cs снижались с 17.7 до 2.6 Бк/кг от поверхност-

6-7

7.2

ного слоя грунта к слою 9-10 см. В поверхностном

7-8

4.4

5.4

слое 0-1 см ¹³⁷Cs содержалось ~17.0% от общего в

керне. Для станции 8 моря Лаптевых также наблю-

8-9

3.2

3.8

далось удовлетворительное согласие между данны-

9-10

3.1

2.6

ми расчета концентрации ¹³⁷Cs в слоях ДО и опы-

том при табличном значении D = 6.8 × 10^-9 см²/с.

Корректное определение послойного содержания

Согласованность в уровнях ¹³⁷Cs в ДО морей позво-

глобального ¹³⁷Cs в грунтах моря Лаптевых послу-

ляла отнести концентрации ¹³⁷Cs в грунтах залива

жило основанием к изучению загрязнения ¹³⁷Cs

Цивольки к значениям, свойственным глобальному

кернов станций 1а, 3, 4а, 4б из залива Цивольки.

фону. Поэтому в оценках миграции ¹³⁷Cs в ДО зали-

В [16] загрязнение ^239,240Рu донных отложений этих

ва за дату формирования кумулятивного запаса Q₀

станций нами рассматривалось как обусловленное

¹³⁷Cs принят 1964 г.

плутонием глобальных выпадений. В заливе Ци-

При D = 6.9 × 10^-9 см²/с по уравнению (2) было

вольки станции наблюдений расположены следую-

рассчитано распределение ¹³⁷Cs в ДО станции 3,

щим образом: станция 1а - ближе к головной части

расположенной между островами Цивольки и Кру-

залива, 3 - между островами Цивольки и Круглый,

глый (табл.4). Результаты расчета ¹³⁷Cs в слоях кер-

4 - на выходе из залива. К головной части залива

на удовлетворительно согласовывались с опытом и

примыкает ледник Серп и Молот. Его талые воды

характером распределения глобального ¹³⁷Cs в ДО

являются источником тонкодисперсной взвеси для

станции 2 моря Лаптевых (табл. 2). Тренд постепен-

головной части залива. Считается [17], что в го-

ного уменьшения концентрации ¹³⁷Cs в слоях кер-

ловной части залива обмен вод с морем замедлен

на станции 3 не нарушался на всем пути миграции

из-за особенностей рельефа дна. Залив в течение

радионуклида. Корректно расчетом определялось

~10 месяцев закрыт льдом, а поэтому привнос в

распределение ¹³⁷Cs в слоях ДО станций 4а и 4б.

залив взвесей с талыми водами и их седиментация

По-видимому, до 1993 г. в заливе Цивольки не было

ограничены во времени.

утечки ¹³⁷Cs из объектов, содержащих РАО. В про-

В ДО залива Цивольки концентрация

¹³⁷Cs

тивном случае слои донного грунта имели бы бо-

(табл. 4) и его послойное распределение в керне

лее высокое содержание ¹³⁷Cs с пиковым значением

(данные опыта) согласуются с наблюдаемым содер-

концентрации, приходящимся на годы утечки ради-

жанием глобального ¹³⁷Cs в ДО моря Лаптевых. В

онуклида из захороненных объектов с РАО. Распре-

поверхностном слое 0-1 см ДО моря Лаптевых [8]

деление ¹³⁷Cs в слоях ДО станции 1а в целом согла-

концентрация ¹³⁷Cs находилась в диапазоне 7-18, а

суется с таковым для других станций. Однако в слое

в заливе Цивольки - 14-24 Бк/кг соответственно.

2-3 см наблюдался небольшой пик ¹³⁷Cs. Можно ли

Для 7 колонок моря Лаптевых, взятых с глубин

его отнести к флуктуациям концентрации или его

от 50 до 272 м, в слое 4-5 см содержалось 7.3 ±

появление объективно, ясности нет. Факт отбора

6.0 Бк/кг. В этом слое на станциях залива Циволь-

пробы вблизи захороненного объекта [4, 5, 7] мог

ки 1а, 2, 3, 4а, 4б содержалось 6.8 ± 4.1 Бк/кг ¹³⁷Cs.

повлиять на загрязнение грунта ¹³⁷Cs. Сброс на дно

РАДИОХИМИЯ том 65 № 4 2023

398

БАКУНОВ и др.

Таблица 4. Распределение ¹³⁷Cs в профиле донного грунта залива Цивольки Карского моря; миграция 28 лет, значе-

ния D для станций по табл. 1

¹³⁷Cs в грунте залива Цивольки Карского моря, Бк/кг [4, 5, 7]

Слой грунта, см

станция 1а

станция 3

станция 4а

станция. 4б

опыт

расчет

опыт

расчет

опыт

расчет

опыт

расчет

0-1

13.7

14.9

21.1

18.5

23.9

17.3

14.3

1-2

19.2

13.7

18.4

17.0

20.1

16.8

13.0

2-3

17.4

11.5

16.5

14.5

19.2

15.9

10.7

3-4

5.5

8.8

11.2

16.8

14.7

8.0

4-5

4.2

6.2

7.6

8.1

13.6

13.2

5.4

5-6

2.1

4.0

5.6

5.3

12.7

11.6

3.3

6-7

2.4

3.3

3.2

9.6

9.9

2.0

7-8

1.3

2.0

1.8

8.1

0.9

8-9

0.4

8.2

6.6

9-10

5.0

5.2

10-12

2.5

3.5

12-13

1.6

1.8

залива массивного контейнера неизбежно сопро-

ведены при относительно малой (меньше месяца)

вождался локальным подъемом тонкодисперсной

временной экспозиции ¹³⁷Cs в грунте.

взвеси из илов дна. Поэтому в районе захороненно-

Концентрация ¹³⁷Cs в придонных водах залива

го объекта временно наблюдалась локальная седи-

Цивольки [4] составила 6-14 Бк/м³, а в поверхнос-

ментация взвесей с сорбцией из воды глобальных

тном слое ДО (0-2 см) - 4-30 Бк/кг сухой массы.

⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs и ^239,240Pu. Сбросы в заливы объектов с

По допущению 50%-ной влажности грунта и осред-

РАО приводили к нарушению слоя донных отложе-

ненным значениям уровней ¹³⁷Cs в средах вода-дно

ний и локальной вторичной седиментации взвеси.

коэффициент распределения K_d для ¹³⁷Cs составит

Узкий диапазон коэффициента диффузии ¹³⁷Cs

1700 л/кг. Эта грубая оценка K_d находится в диапа-

(табл. 1) в значительной степени обусловлен ко-

зоне K_d 2000-1000 л/кг, приводимом в сводке этого

ротким теплым сезоном, ограничивающим посту-

показателя для морских грунтов [2]. Низкие темпе-

пление с побережья терригенной взвеси и крайне

ратуры воды и донных отложений залива снижали

низкой температурой воды и грунтов дна. В заливе

сорбцию и диффузию ¹³⁷Cs. Залив Цивольки в те-

Цивольки температура придонных вод летом и осе-

чение 10 месяцев закрыт льдом. Поэтому влияние

нью 2013-2014 гг. [17] составила -1.1 и -1.2°С. В

поступления в залив взвеси с талыми водами на ми-

опытах с донными отложениями [18] воздействие

грацию ¹³⁷Cs ограничено коротким временем.

температуры на диффузию при прочих равных ус-

По допущению сохранения для станций 3 зали-

ловиях проявлялось увеличением коэффициентов

ва Цивольки величины D 6.9 × 10^-9 см²/с в течение

D в ~2.5 раза с повышением температуры на 10°С.

60 лет выполнена оценка содержания ¹³⁷Cs в грунте

Однако в этом модельном опыте и в других опы-

на 2024 г. В слое 0-1 см ожидается 6.3 Бк/кг ¹³⁷Cs.

тах [19, 20] не рассматривалась диффузия ¹³⁷Cs при

В слое 10-11 см концентрация ¹³⁷Cs не превысит

очень низкой температуре, свойственной грунтам

0.8 Бк/кг. Продолжающийся эпизодический мони-

арктических морей. В работе [20] опыт проводи-

торинг ДО заливов архипелага Новая Земля [21]

ли при температуре морского грунта 4 ± 2°С. Ко-

позволит проверить оправданность оценки рас-

эффициенты диффузии ¹³⁷Cs изменялись в узком

пределенияв профиле ДО ¹³⁷Cs и его содержания в

диапазоне (4-8) × 10^-8 см²/с. Этот диапазон D мо-

грунте. Коэффициенты диффузии ¹³⁷Cs в ДО будут

дельного опыта находится в интервале величин

востребованы при анализе загрязнения ¹³⁷Cs грун-

n·(10^-8-10^-9) см²/с, найденных нами (табл. 1) для

тов в заливах архипелага Новая Земля [3-5, 21] и

натурных условий арктических морей. Следует

в моделях прогноза миграции ¹³⁷Cs в ДО морей со-

иметь в виду, что модельные опыты [19, 20] про-

держащих захороненные объекты РАО.

РАДИОХИМИЯ том 65 № 4 2023

К ДИФФУЗИИ ГЛОБАЛЬНОГО 137Cs

399

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

of Investigations (1993-1994) Performed by the Joint

Norwegian-Russian Expert Group. 1996. 55 p.

Определены коэффициенты диффузии глобаль-

Strand P. Radioactive contamination in the Arctic

ного ¹³⁷Cs n·(10^-8-10^-9) см²/с в иловых отложениях

Seas // Marine Pollution: Proc. Symp. Held in Monaco,

моря Лаптевых и залива Цивольки Карского моря

Oct. 5-9, 1998: IAEA TECDOC-1094. Vienna: IAEA,

при миграции ¹³⁷Cs в течение ~31 и 28 лет соответ-

1999. P. 690.

ственно. Для станций с глубинами от 50 до 152 м

Никитин А.И. Натурные исследования последствий

моря Лаптевых коэффициенты диффузии ¹³⁷Cs на-

сброса и захоронения радиоактивных отходов в моря

ходились в узком диапазоне значений с тенденцией

северного и дальневосточного регионов Российской

увеличением показателя диффузии от поверхност-

Федерации: Автореф. дис. д.г.н. Обнинск: ГУ Инсти-

ного слоя керна вглубь донных отложений. Послой-

тут глобального климата и экологии Росгидромета и

ное распределение ¹³⁷Cs в илах залива Цивольки

РАН, 2009. 49 с.

(станции 1, 3, 4) на глубину 10-14 см корректно

Foin L., Nikitin A. The Joint Norvegian/Russian

рассчитывалось с использованием коэффициентов

Expedition to the Dumpsites for Radioactive Waste in

диффузии ¹³⁷Cs. Загрязнение илов залива Цивольки

the Open Kara Sea, the Tsivolki Fiord and Stepovogo

¹³⁷Cs находилось на уровне глобального фона, свой-

Fiord: Report from the Expedition on Board R/V Victor

ственного грунтам глубоких станций моря Лаптевых.

Buinitskiy, September-October 1993. Oslo; Moscow,

Коэффициенты диффузии ¹³⁷Cs n·(10^-8-10^-9) см²/с,

2012. 430 p.

полученные эмпирическим путем для иловых от-

Галимов Э.М., Лаверов Н.П., Степанец О.В., Коди-

ложений арктических морей, позволяют оценивать

на Л.А. // Геохимия. 1996. № 7. С. 579-597.

скорость миграции радионуклида в этом виде грун-

Матишов Г.Г., Матишов Д.Г., Щипа Е., Риссанен К.

та на срок ~30 лет. До 1993 г. в заливе Цивольки не

Радионуклиды в экосистеме региона Баренцева и

было утечки ¹³⁷Cs из объектов, содержащих РАО;

Карского морей. Апатиты: Изд-во Кольского НЦ,

содержание ¹³⁷Cs в грунтах станций и распределе-

1994. 238 с.

ние в кернах согласовывалось с данными наблюде-

Calment D.

5th Int. Conf. on Environmental

ний за содержанием ¹³⁷Cs в ДО моря Лаптевых и

Radioactivity in the Arctic and Antarctic. St. Petersburg,

глобальным уровнем загрязнения грунтов. Залив

Russia, 2002. P. 190-193.

Цивольки ~10 месяцев закрыт льдом, препятству-

Алиев Р.А., Бобров В.А., Калмыков С.Н. Лиси-

ющим поступлению с побережья терригенной взве-

цын А.П., Мельгунов М.С., Новигатский А.Н., Трав-

си. Миграция ¹³⁷Cs в донных отложениях залива

кина А.В., Шевченко В.П. // Радиохимия. 2006. Т. 48,

определялась сорбцией радионуклида грунтом при

№ 6. С. 557-561.

низких температурах сред (вода-ДО) и медленной

10. Cooper L.W., Grebmeier J.V., Larsen I.L., Dolvin S.S.,

диффузией в толщу донных отложений.

Reed A.J.

// Third Int. Conf. on Environmental

Radioactivity in the Arctic. Tromsö, Norway, June 1-5,

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

1997. Vol. 2. P. 97-99.

11. Сухоручкин А.К. // Метеорология и гидрология. 1985.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта ин-

№ 7. С. 76-81.

тересов.

12. Поляков Ю.А. Радиоэкология и дезактивация почв.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

М.: Атомиздат, 1970. 303 с.

13. Bakunov N.A., Bolshiyanov D.Y., Pravkin S.A.

Сивинцев Ю.В., Вакуловский С.М., Васильев А.П.,

Radiochemistry. 2019. Vol. 61, N 1. P. 122-128.

Высоцкий В.Л., Губин А.Т., Данилян В.А., Кобзев В.И,

14. Bakunov N.A., Bolshiyanov D.Y., Makarov A.S.

Крышев И.И., Лавковский С.А., Мазокин В.А., Ники-

Radiochemistry. 2014. Vol. 56. № 3. P. 319-324.

тин А.И., Петров А.И., Пологих Б.Г., Скорик Ю.И.

15. Мichel H., Barei-Funel G., Barci V., Andersson G. //

Техногенные радионуклиды в морях, омывающих

Россию. «Белая книга 2000 г.» М.: ИздАт, 2005. 625 с.

Radiochim. Acta. 2002.Vol. 90, N 9-11. P. 747-752.

Dumping of Radioactive Waste and Radioactive

16. Бакунов Н.А., Большиянов Д.Ю., Правкин С.А., Ма-

Contamination in the Kara Sea. Results from 3 Years

каров А.С. // Радиохимия. 2022. Т. 64, № 1. С. 92-98.

РАДИОХИМИЯ том 65 № 4 2023

400

БАКУНОВ и др.

17. Чава А.И., Удалов А.А., Веденин А.А., Симаков М.И.,

Radioactivity in the Arctic. Tromse, Norway, June 1-5,

Щука С.А., Мокиевский В.О. // Океанология. 2017.

1997. Vol. 1. P. 187-188.

Т. 57, № 1. С. 160-170.

20. Buchaltzten Brink M.R., Santschi P.H. // Radioactivity

and Environmental Security in the Oceans: New Research

18. Сафронова Н.Г., Питкянен Г.Б., Погодин Р.И. // Про-

and Policy Priorities in the Arctic and North Atlantic,

блемы радиоэкологии водоемов-охладителей атом-

Massachusetts, USA: Woods Hole Oceanographic

ных электростанций. Свердловск: УрО АН СССР,

Institution, June 7-9, 1993. P. 311-323.

1978. С. 95-98.

21. Радиационная обстановка на территории России и

19. Сhristensen G.C., Bergan T.D.S., Berge D., Baekken T.,

сопредельных государств в 2013 г.: Ежегодник. Ги-

Varskog P.

// Third Int. Conf. on Environmental

дрометеоиздат, НПО «Тайфун», 2014. С. 317-322.

On Global ¹³⁷Cs Diffusion

in Bottom Sediments of Northern Seas

N. A. Bakunov, D. Yu. Bolshiyanov, A. O. Aksenov*, A. S. Makarov

Arctic and Antarctic Research Institute, Saint-Petersburg, 199397 Russia

*e-mail: aksenov2801@gmail.com

Received January 25, 2023; revised May 20, 2023; accepted May 26, 2023

In bottom sediments of the Laptev and the Kara seas ¹³⁷Cs has been migrating with diffusion coefficient

(D) n·(10-9-10-8) cm²/s during nearly 30 years. In the sediments profile ¹³⁷Cs concentration gradient was

persisting between the layers. The trend of concentration decrease from the upper to the lower layers of the

core was not violated along the entire path of radionuclide migration. ¹³⁷Cs has been migrating in bottom

sediments slowly; nearly 20% of the radionuclide stayed in the upper (0-1 cm) layer. In the Tsivolki Bay of

Novaya Zemlya Archipelago 137Cs has been migrating in very low temperature conditions of water and bottom

sediments (-1.0, -1.2°С). ¹³⁷Cs concentration in the upper layer of the Laptev Sea and Tsivolki Bay sediments

was characterized by close values, 7-18 and 14-24 Bq/kg, which correlate with global level of sediments

contamination. The Tsivolki bay is ice-covered for 10 months. ¹³⁷Cs profile in the cores was forming due to

radionuclide diffusion in conditions of short warm period of terrigenic sedimentation. ¹³⁷Cs concentration in

the bay sediments and a type of the concentration profile demonstrated an absence of radionuclide release

from buried radioactive objects in the bay. ¹³⁷Cs diffusion coefficients definition computed with experimental

data will be necessary in radionuclide migration models and scientifically supported measures of damage

minimization from exposure to the radiation factor.

Keywords: ¹³⁷Cs, Northern Seas, bottom sediments, migration, diffusion coefficient, radioactive waste

РАДИОХИМИЯ том 65 № 4 2023