РАДИОХИМИЯ, 2023, том 65, № 5, с. 466-473

УДК 546.42

МИГРАЦИЯ И ПРОФИЛЬ ¹³⁷Cs В ДОННЫХ

ОТЛОЖЕНИЯХ ГЛУБОКИХ И ПРОТОЧНЫХ ОЗЕР

СЕВЕРО-ЗАПАДА РОССИИ

Арктический и Антарктический научно-исследовательский институт,

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

*е-mail: aksenov2801@gmail.com

Поступила в редакцию 20.03.2023, после доработки 05.07.2023, принята к публикации 12.07.2023

Представлена оценка современного загрязнения донных отложений (ДО) озерно-речных систем

цезием-137, происходящим из глобальных выпадений и аварийного выброса с ЧАЭС. Были

исследованы ДО проточных озер из Северо-Запада России. Озеро Копанское, расположенное к

югу от Финского залива, находится на следе выпадения «чернобыльского» ¹³⁷Cs (~37 кБк/м²),

тогда как другие озера - Ладожское, Суходольское, Вуокса, Имандра на его периферии в Карелии

и на Кольском полуострове - загрязнены преимущественно глобальным

¹³⁷Cs. Определены

плотность загрязнения ¹³⁷Cs дна озер (кБк/м²), распределение ¹³⁷Cs в профиле донных отложений,

коэффициенты диффузии (D) ¹³⁷Cs в ДО и содержание обменной химической формы радионуклида.

Загрязнение ДО озер ¹³⁷Cs формировалось под влиянием седиментации взвеси с ¹³⁷Cs, сорбции ¹³⁷Cs

ДО и диффузии. При седиментации ≥ 3 мм/год концентрация ¹³⁷Cs повышалась от верхних к нижним

слоям керна (озера Вуокса, Экостровская Имандра), отражая постепенный процесс миграции ¹³⁷Cs

в толщу отложений. Противоположный тренд концентрации ¹³⁷Cs наблюдался в ДО озер Ладожское

и Суходольское при седиментации ≤0.5 мм/год. Здесь диффузия ¹³⁷Cs с D = (0.5-6.2)× 10^-8 см²/с

обусловливала медленный перенос радионуклида в толщу грунтов дна; в верхнем слое керна 0-5 см

содержался основной запас ¹³⁷Cs. В ДО оз. Суходольское только от 14.4 до 20% поглощенного ¹³⁷Cs

находилось в обменной химической форме, извлекаемой в раствор 1 М NH₄ Aс.

Ключевые слова: ¹³⁷Cs, озера, донные отложения, запас ¹³⁷Cs, сорбция, диффузия.

DOI: 10.31857/S003383112305009X, EDN: XTJWYB

ВВЕДЕНИЕ

носили преимущественно фрагментарный харак-

тер. Выявлена высокая чувствительность наземных

¹³⁷Cs является искусственным радионуклидом

и водных экосистем Севера к загрязнению хими-

из состава продуктов ядерного деления урана и

ческими и радиоактивными веществами [4]. Здесь

плутония с полупериодом распада Т_физ = 30 лет.

даже низкие выпадения ¹³⁷Cs от «чернобыльской»

Загрязнению геосферы Земли 137Cs глобальных

аварии вызвали временные ограничения на употре-

выпадений (1961-1964 гг.) более 70 лет, тогда как

локальному загрязнению северного полушария

бление местным населением продуктов питания от

«чернобыльским» ¹³⁷Cs 37 лет. Основной массив

традиционных объектов промысла. Размещение на

эмпирических данных загрязнения вод, донных

плавучих платформах АЭС в Арктике и строитель-

отложений и гидробионтов ¹³⁷Cs получен для сред-

ство модульных АЭС наземного базирования для

неширотного пояса страны на следах промышлен-

арктических районов повышают актуальность изу-

ных аварий с выходом ¹³⁷Cs в окружающую среду

чения закономерностей миграции ИРН в водоемах

¹³⁷Cs [1-3]. Менее изученными в гидрологическом

и радиологическом отношении оказались пресно-

и прогнозов переноса радионуклидов в экосисте-

водные водоемы высоких широт, где исследования мах Севера.

466

МИГР

АЦИЯ И ПРОФИЛЬ ¹³⁷Cs В ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ

467

лишь озера Ладожское и Имандра с показателем

условного обмена вод (W) 12.3 и 2.0 лет. Пробы

донных отложений отбирали на станциях с глуби-

ной от 6 до70 м. Пробы ДО, за исключением грунта

из оз. Имандра, отбирали пробоотборником фирмы

UWITEC, позволяющим отобрать керн с ненару-

шенным сложением диаметром 60 мм. Послойное

разделение керна проводилось по схеме: первый

слой 0-2 см, последующие слои с шагом 0-3 см. В

оз. Имандра ДО отбирали пробоотборником Limnos

диаметром 85 мм; шаг разделения керна составил

0-1 см. Методы определения ¹³⁷Cs в пробах ДО и

воды, принятые нами ранее [6], не изменялись. От-

носительная ошибка определения ¹³⁷Cs в образцах с

Рис. 1. Местоположение исследуемых озер. 1 - Ладожское

низкой концентрацией радионуклида не превышала

оз., 2 - озера Суходольское и Вуокса, 3 - Копанское оз.,

40%. ¹³⁷Cs из проб воды объемом 60-120 л выделя-

4 - оз. Имандра.

ли с помощью сорбента АНФЕЖ [7]. В ДО озер Ко-

панское и Суходольское определяли содержание об-

Задача исследования заключалась в изучении

менной химической формы ¹³⁷Cs путем экстракции

современного состояния загрязнения ¹³⁷Cs ДО, со-

радионуклида в 1 М раствор NH₄Ac при соотноше-

пряженных по стоку озерно-речных систем Севе-

нии фаз 1 : 10 и времени их взаимодействия 1 сут.

ро-Запада России. Здесь реки берут начало из озер

К анализу привлекали отдельные слои профиля ДО,

или протекают через них в своем среднем (нижнем)

в которых концентрация ¹³⁷Cs позволяла корректно

течении. Речная сеть этого региона формировалась

оценить долю обменного ¹³⁷Cs. В водоемах опреде-

в условиях освобождения кристаллического щита

ляли скорость накопления осадков с привлечением

от ледяного покрова, образования большого коли-

¹³⁷Cs в качестве метки современного седиментоге-

чества озер и стока из них паводковых вод в пони-

неза [8]. По данным распределения ¹³⁷Cs в слоях

женные участки рельефа. Объектом исследования

керна определяли коэффициента диффузии радио-

стали донные отложения сопряженных по стоку си-

нуклида с использованием выражения [9]

стем река-озеро и озеро-река, загрязненных преи-

мущественно ¹³⁷Cs глобальных выпадений. Содер-

D = b [(ln ε) 4t],

(1)

жание¹³⁷Cs в ДО и распределение радионуклида в

толще донных грунтов является откликом водных

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

систем на ~70-летнее пребывание в водоемах низ-

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

ких концентраций ¹³⁷Cs. В работе [5] было показа-

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

но, что в 1986-1988 гг. основное количество ¹³⁷Cs

С₂ - концентрации ¹³⁷Cs, соответствующие слоям x₁

и x_2;t - время миграции, с. За дату t₀ формирования

поступало в Ладогу с водами Вуоксы, а не с водами

Волхова и Свири из-за загрязнения ¹³⁷Cs истока Ву-

кумулятивного запаса глобального ¹³⁷Cs в грунтах

оксы озера Сайма.

морского дна принимался 1964 г.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектом исследования являются донные отло-

В табл. 1 приведено содержание ¹³⁷Cs в кернах

жения озер (ДО), находящихся на следе выпадения

ДО озер по данным наблюдений 2017-2022 гг.

«чернобыльского» ¹³⁷Cs (оз. Копанское, сток в Фин-

Содержание ¹³⁷Cs в алевритовом иле оз. Копан-

ский залив) и на периферии следа - в Карелии и на

ское (табл. 1) после введения поправки на распад

Кольском полуострове (озера Суходольское, Вуок-

радионуклида (1986-2017 гг.) составит 33.5 кБк/м² -

са, Ладожское, Имандра) (рис. 1). Все озера являют-

значение, близкое к выпадению «чернобыльского»

ся проточными. Замедленной сменой вод обладают

¹³⁷Cs на побережье водоема (~37 кБк/м²) [10]. Сток

РАДИОХИМИЯ том 65 № 5 2023

468

БАКУНОВ и др.

Таблица 1. Загрязнение ДО озер ¹³⁷Cs: плотность, кБк/м² и содержание в поверхностном слое керна, Бк/кг

¹³⁷Cs в слое керна

Озеро, координаты станций

Глубина, м, Н_ср/Н_макс

Площадь, км²¹³⁷Cs в керне, кБк/м²

0-2 см, Бк/кг

Копанское

-/25

9.85

16.5

1000

59°43′ с.ш., 28°43′ в.д.

Вуокса

5.1/25

92.6

4.2

60°58′ с.ш., 29°57′ в.д.

Суходольское

4/23

44.4

60°41′ с.ш., 30°03′ в.д.

Станция 1

8.75

210

Станция 2

3.83

250

Ладожское

52/230

17800

Станция «Якимоварский залив,

23.8

3.2

северный район»

67°36′ с.ш., 33°00′ в.д.

Станция «Западный архипелаг»

0.78

32.5

61°14′ с.ш., 30°27′ в.д.

Станция «Средняя часть озера»

0.87

160

60°43′ с.ш., 31°48′ в.д.

Имандра

16/67

876

Имандра (Экостровская)

9/42

362

1.55

67°36′ с.ш., 33°00′ в. д.

¹³⁷Cs из озера с водами небольшой реки Пейпия за

сти загрязнения грунтов дна ¹³⁷Cs (0.15-0.69 Бк/см²)

31 год не привел к значительной потере радиону-

отмечалось в глубоководном озере Телецкое. Здесь

клида, большая часть его аккумулировалась в грун-

с поступлением взвеси из впадающих рек и ручь-

тах дна. Следовые количества ¹³⁷Cs в профиле ДО

ев повышалась вариабельность концентрации Cs в

прослеживались до 62 см. Выпадения ¹³⁷Cs в 1986 г.

ДО.

примерно в 20 раз превысили содержание глобаль-

Загрязнение ¹³⁷Cs ДО озер Вуокса и Суходоль-

ного ¹³⁷Cs в почвах (~1.7 кБк/м²). Поэтому запас

ское, относящихся к речной системе р. Вуокса, оце-

¹³⁷Cs в ДО озера преимущественно представлен

нивалось с учетом выпадения «чернобыльского»

¹³⁷Cs аварийного выброса с ЧАЭС.

¹³⁷Cs 6.5 кБк/м² на побережье устья р. Вуокса и пи-

Ожидалось, что плотность ¹³⁷Cs ДО озер, находя-

тания ее из оз. Сайма, загрязненного ¹³⁷Cs [12, 13].

щихся выше 60° с.ш., будет меньшей, чем в оз. Ко-

Более ~90% водосбора Вуоксы находится на тер-

панское, из-за более низкого выпадения глобально-

ритории Финляндии. Поэтому концентрации ¹³⁷Cs

го и «чернобыльского ¹³⁷Cs. Содержание ¹³⁷Cs в ДО

в воде Вуоксы определялись загрязнением ¹³⁷Cs

оз. Имандра (Экостровская) Кольского полуостро-

оз. Сайма и его водосбора площадью 61054 км².

ва не превышало ~1.55 кБк/м², тогда как в озерах

Сайма при зеркале 4380 км² имеет 36 км³ озерных

Карельского перешейка Вуокса и Суходольское

вод. На западную часть бассейна озера ¹³⁷Cs выпало

плотность загрязнения ДО была в 2-4 раза выше

в ~2-3 раза больше, чем на восточную на границе с

(табл. 1). В северо-западной части Ладожского озера

Россией (~6.5 кБк/м²) [13]. В Ладожское озеро воды

донные отложения характеризовались плотностью

Вуоксы поступают по северному мелководному ру-

0.78 кБк/м², близкой к наблюдаемой в средней части

каву через оз. Вуокса и полноводному южному ру-

водоема с глубинами 50-70 м. При таких же глуби-

каву через оз. Суходольское и р. Бурная. Привнос

нах в ДО Якимоварского залива озера содержалось

вод в Ладогу по северному рукаву резко снижает-

3.2 кБк/м² ¹³⁷Cs. В целом для Ладожского озера ди-

ся после весеннего половодья из-за мелководности

апазон плотности загрязнения ДО составил 0.78-

русла. Поэтому по северному рукаву в период мак-

3.2 кБк/м². Ранее [11] 4-кратное различие в плотно-

симального загрязнения вод (1986-1989 гг.) в Ла-

РАДИОХИМИЯ том 65 № 5 2023

МИГР

АЦИЯ И ПРОФИЛЬ ¹³⁷Cs В ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ

469

фактически является водохранилищем руслового

типа с сильным течением и подпором вод со сто-

роны Ладоги. В озере из-за чередования плесов с

большими (до 20 м) и малыми глубинами имеются

неодинаковые условия седиментации взвесей и на-

копления ¹³⁷Cs в грунтах дна. Плотность загрязне-

ния ¹³⁷Cs (таблица) ДО станции 1 в оз. Суходольское

в два раза больше, чем грунта станции 2 с фарватера

русла (табл. 1). Донные отложения станций форми-

ровались в неодинаковых динамических условиях,

что отразилось на механическом составе грунта. На

станции 2 с фарватера русла слои керна 2-5, 5-8,

2012

2014

2016

2018

8-11 см характеризовались массой в 1.4-1.6 раза

Ƚɨɞɵ

больше, чем на станции 1. Слои ДО 0-2 и 2-5 см со

Рис. 2. ¹³⁷Cs в воде реки Вуокса, Бк/м³: 1 - в районе

станции 2 имели большую массу, чем со станции 1.

пос. Лесогорский, 2 - в районе пос. Лосево.

Для глубоких озер с переменными глубинами в

дожское озеро поступало меньше ¹³⁷Cs, чем по юж-

водоеме значительные различия в загрязнении дна

ному рукаву. В 1986 г. [12] концентрация ¹³⁷Cs в воде

ИРН закономерны [11, 15]. Плотность загрязнения

Вуоксы составила 150 Бк/м³, что в ~40 раз выше до-

ДО ¹³⁷Cs по данным 14 колонок из глубокого озера

аварийного уровня ¹³⁷Cs в воде реки. К маю, июлю

Великобритании Блелхам Тарн [15] изменялась от

1988 г. концентрация слабо понизилась до 113 Бк/м³

13.5 до 2.6 при среднем 5.97 кБк/м². Влияние не-

из-за устойчивого загрязнения ¹³⁷Cs вод оз. Сайма.

одинаковых условий седиментации на загрязнения

Кумулятивный запас ¹³⁷Cs в оз. Сайма и на его во-

дна этого озера прослеживалось и по радионукли-

досборе способствовали пролонгации загрязнения

дам ²³⁸Pu, ^239,240Pu, ²⁴¹Am. При пике концентрации

озерно-речной системы Вуоксы. По нашим данным,

глобального ¹³⁷Cs в профиле ДО на глубине 15 см

с 2016 по 2018 гг. концентрация ¹³⁷Cs в воде Вуоксы

седиментация составила 6.5 мм/год. При такой се-

колебалась от 5 до 10 Бк/м³ (рис. 2) с тенденцией к

диментации в профиле ДО наблюдалось два пика

более высоким значениям зимой, когда прекраща-

Cs, относящихся к поступлению радионуклида в

лось поступление вод с местного водосбора. При

~1964 и 1986 гг. Значительные различия в загрязне-

низком содержании взвеси в р. Вуокса 0.2-6 мг/л и

нии ¹³⁷Cs ДО больших проточных озер прослежи-

высокой скорости течения потери Cs в русле реки

ваются при анализе распределения радионуклида в

от истока у оз. Сайма до места впадения в Ладож-

профиле ДО. Нижние части кернов ДО оз. Вуокса

ское оз. были невысокими. В пункте Лесогорский,

и Имандра (рис. 3) характеризуются более высокой

находящемся ближе к оз. Сайма (~24 км), чем п. Ло-

концентрацией ¹³⁷Cs в, чем в верхних частях. Такой

сево, наблюдалось небольшое превышение концен-

тренд концентрации противоречит закономерности

трации ¹³⁷Cs по сравнению с пунктом Лосево. Если

распределения ¹³⁷Cs в профиле ДО оз. Суходоль-

допустить, что воды оз. Сайма очищаются от ¹³⁷Cs

ского и станций с Ладоги. Здесь концентрации¹³⁷Cs

с полупериодом времени Т = 6.5 лет (данные по

снижались от верхнего слоя керна к нижележащим

очистке озера от глобального ¹³⁷Cs [5]), то концен-

слоям.

трация ¹³⁷Cs в воде Вуоксы (1988 г.) к 2016 г. долж-

К объяснению наблюдаемых различий в за-

на снизиться до ~5.9 Бк/м³. На сопоставимое время

грязнении ДО озер ¹³⁷Cs приходится привлекать

2017-2018 гг. в р. Вуокса ¹³⁷Cs было в 5 раз больше,

данные по механизмам, определяющим поступле-

чем в воде оз. Экостровская Имандра [14].

ние и миграцию ¹³⁷Cs в ДО водоемов. Согласно

Ожидалось большее загрязнение ¹³⁷Cs грунтов

теоретическим оценкам, [16] при скорости диф-

оз. Суходольское, чем Вуокса, из-за различия в пи-

фузии поллютанта 0.75 × 10-7 см2/с и скорости

тании озер водами реки. В тоже время быстрая сме-

седиментации

≥1.0 см/год осаждение взвесей в

на вод в оз. Суходольское способствовала выносу

водоеме становится ведущим механизмом очи-

¹³⁷Cs из водоема. Оз. Суходольское при длине 30 км

щения вод и загрязнения дна. По опытным дан-

РАДИОХИМИЯ том 65 № 5 2023

470

БАКУНОВ и др.

ным [6], коэффициенты диффузии D в алевритовых

илах олиготрофных озер Скандинавии составили

n·(10^-8-10^-9) см²/с. При таких коэффициентах диф-

фузии и невысокой седиментации «чернобыльский»

¹³⁷Cs до 1991 г. оставался в верхнем (0-2 см) слое

10²

грунта озер Скандинавского полуострова [6, 17]. В

условиях низкой седиментации над загрязненным

слоем грунта с «чернобыльским» ¹³⁷Cs медлен-

но нарастал слой новых отложений. В выборке из

9 финских озер [18] скорость седиментации взве-

си составила 0.6- 17 мм/год. Используем глобаль-

ный ¹³⁷Cs в качестве метки седиментогенеза [8] и

10¹0

находим (рис. 2, профиль¹³⁷Cs) для озер Вуокса и

Ƚɥɭɛɢɧɚ ɫɦ

Имандра скорость осадконакопления 5.5 и 2.6 мм в

Рис.

¹³⁷Cs в профиле ДО озер: 1 - Вуокса, 2 -

год соответственно. Замедленный обмен вод в этих

Суходольское, 3 - Ладожское, 4 - Имандра.

озерах (1.6-2.0 лет) способствовал накоплению на

дне взвесей. При высокой седиментации в оз. Ву-

толщу ДО. Высокая проточность озера ограничи-

окса глобальный ¹³⁷Cs был захоронен на большую

вала седиментацию взвеси, вследствие чего повы-

глубину грунта, чем в оз. Имандра. В озерах Вуок-

силась роль диффузионного механизма в миграции

са, Блелхам Тарн [15] и Куяш [19] пик глобального

радионуклида в толщу ДО.

¹³⁷Cs находился в слое керна 14-16 см. В работах

В [6, 15] приведены коэффициенты диффузии

[15, 19, 20] неодинаковое содержание ¹³⁷Cs в кернах

(D) ¹³⁷Cs n·(10^-8-10^-9) см²/с в ДО озер. В ДО на-

озер объяснялось влиянием гидрологических усло-

блюдалась тенденция увеличения коэффициента

вий на седиментацию взвесей и на особенности ре-

диффузии ¹³⁷Cs с глубиной керна. Многолетняя экс-

льефа дна на станциях наблюдений.

позиция глобального ¹³⁷Cs в ДО озер позволяет оце-

Содержание ¹³⁷Cs в кернах станций 1 и 2 с

нить диффузию радионуклида в толще иловых от-

оз. Суходольское отражает комбинированное за-

ложений. Такая процедура была выполнена для ДО

грязнение радионуклидом глобальных выпаде-

оз. Ладожское. Из-за присутствия в верхних слоях

ний и выброса с ЧАЭС. Скорость седиментации в

ДО «чернобыльского»¹³⁷Cs к оценке диффузии гло-

районе станций была низкой. Поэтому 22-летняя

бального ¹³⁷Cs привлекали нижние слои керна, не

разница в поступлении радионуклидов в водоем

содержащие этого радионуклида. Содержание ¹³⁷Cs

(1964-1986 гг.) четко не обозначилась в профиле

в слоях ДО 12-14, 14-16, 16-18, 18-20 и 20-22 см

ДО в виде отдельных пиков концентрации ¹³⁷Cs.

составило 240, 190, 140, 78 и 15 Бк/кг сухой массы.

Грубая оценка седиментации для станции 1 выпол-

Время экспозиции ¹³⁷Cs 1964-2020 гг. Коэффици-

нена по допущению, что в слое 0-1 см содержится

ент диффузии для слоёв 14-16 см и далее составил

в основном ¹³⁷Cs «чернобыльской» аварии. По этой

3.0 × 10^-8, 1.75 × 10^-8 и 0.68 × 10^-8 см²/с соответствен-

оценке, скорость седиментации равна ~0.3 мм/год.

но. Эти значение D выше наблюдаемых n·10^-9 см²/с

Из-за низкой скорости седиментации и невысокой

в верхних слоях ДО (0-2 см) озер Скандинавии при

скорости диффузии ¹³⁷Cs основное количество ра-

короткой экспозиции «чернобыльского» ¹³⁷Cs [6].

дионуклида сохранилось в слое 0-5 см керна стан-

Полувековая диффузия глобального ¹³⁷Cs в илах

ций 1 и 2. Если в оз. Вуокса глубина миграции ¹³⁷Cs

Ладожского озера с D n·10^-8 см²/с способствовала

не ограничивалась слоем 29-32 см (рис. 3), то в ДО

его миграции в толщу ДО. Коэффициенты диффу-

станций 1 и 2 профиль концентраций ¹³⁷Cs закан-

зии Cs в ДО Ладожского озера согласуются со зна-

чивался следовыми количествами радионуклида на

чением D [21], найденным для грунта оз. Байкал -

отметках керна менее 17 и 8 см соответственно. Для

0.056 см²/год.

ДО станций 1 и 2 оз. Суходольское 34-летней экс-

позиции «чернобыльского»¹³⁷Cs оказалось недоста-

Элемент Cs относится к рассеянным химиче-

точно для значительной миграции радионуклида в

ским элементам Земли. Время пребывания его ис-

РАДИОХИМИЯ том 65 № 5 2023

МИГР

АЦИЯ И ПРОФИЛЬ ¹³⁷Cs В ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ

471

кусственного радионуклида ¹³⁷Cs в геосфере не

ного региона. Объектами исследования являлись

превышает 70 лет. Накопление ¹³⁷Cs в верхних сло-

донные отложения речной системы р. Вуокса-Ла-

ях почв и в грунтах дна водоемов отражает лишь

дожское озеро и оз. Имандра, загрязненные пре-

этап его долговременной миграции. В почвах [22]

имущественно ¹³⁷Cs глобальных выпадений. ДО

¹³⁷Cs присутствует в трех химических формах: об-

оз. Копанское с «чернобыльским» ¹³⁷Cs рассматри-

менной, труднодоступной ионному обмену и фик-

вались как объекты сравнения. Плотность загрязне-

сированной в кристаллитах минералов почв. В ило-

ния ¹³⁷Cs ДО озер Вуокса и Суходольское составила

вых отложениях белорусских озер [23] лишь часть

4.2-8.6 кБк/м², что в ~4 и ~2 раза меньше содержа-

¹³⁷Cs, сорбированного илом, находилась на позици-

ния ¹³⁷Cs в донном грунте оз. Копанское из зоны

ях селективной сорбции (FES), труднодоступных

«чернобыльского» следа на Финском побережье.

ионному обмену. Органические комплексы илов с

Содержание ¹³⁷Cs в водах р. Вуокса (2016-2018 гг.)

минералами типа иллита наиболее прочно удержи-

составило 5.3-9.3 Бк/м³. По северному мелково-

вали ¹³⁷Cs в поглощенном состоянии.

дному руслу Вуоксы в Ладогу поступало меньше

¹³⁷Cs, чем по южному рукаву через оз. Суходоль-

Доступность миграции ¹³⁷Cs в донных отложе-

ское. Воды оз. Сайма - истока Вуоксы - остаются

ниях оз. Суходольское оценивали по содержанию

источником загрязнения ¹³⁷Cs реки и сопряженных

обменной химической формы радионуклида, вы-

с ней по стоку озер. Загрязнения ¹³⁷Cs дна плесов

деляемой в раствор 1 М NH₄Ac при соотношении

проточных озер зависят от гидрологических усло-

фаз 1 : 10 и времени взаимодействия фаз 1 сут. Для

вий осадконакопления. В озёрах Вуокса и Имандра

этой процедуры выбирали слои керна, в которых со-

при седиментации более 2.5 мм/год концентрации

держание радионуклида позволяло корректно опре-

¹³⁷Cs повышались от верхнего слоя керна к более

делить наличие обменной формы ¹³⁷Cs. Обменная

глубоким слоям; произошло захоронение

¹³⁷Cs

форма ¹³⁷Cs в ДО оз. Суходольское определялась

в толще ДО. При седиментации менее 1.0 мм/год

только в слоях грунта 11-14 и 17-20 см с повышен-

¹³⁷Cs накапливался в верхнем слое кернов (станции

ным содержанием ¹³⁷Cs 490 и 700 Бк/кг [6]. Доля

оз. Суходольское, Ладожское); концентрации ¹³⁷Cs

обменного ¹³⁷Cs в упомянутых слоях керна соста-

снижались от верхнего к нижним к слоям ДО. В

вила 14.4 и 20.0% от вала соответственно. Большая

илах Ладоги на глубине 14-23 см коэффициенты

часть ¹³⁷Cs находилась в фиксированной и труд-

диффузии D глобального ¹³⁷Cs n·(10^-8) см²/с были

нодоступной ионному обмену химической форме.

в ~10 раз больше наблюдаемых в верхних слоях

Низкое содержание в грунте обменного ¹³⁷Cs спо-

кернов озер Скандинавии при короткой экспозиции

собствовало сохранению глобального ¹³⁷Cs в слое

«чернобыльского» ¹³⁷Cs (1986-1992 гг.). Наблюда-

29-32 см в виде пика концентрации [6]. За период

емое распределение ¹³⁷Cs в ДО озер обусловлено

53-летнего пребывания глобального ¹³⁷Cs в донных

сочетанием седиментогенеза и диффузии ¹³⁷Cs. На

отложениях станции пик его концентрации на глу-

миграцию ¹³⁷Cs в толщу донных отложений влияет

бине 29-32 см не был «размыт». В глубь донных

содержания в грунтах обменной химической фор-

отложений мигрировали подвижные химические

мы радионуклида; её доля в илах оз. Суходольское

формы ¹³⁷Cs. Для арктического и субарктического

составила 14-20% от общего.

регионов страны отсутствуют данные, характери-

зующие физико-химическое состояние ¹³⁷Cs в ДО

ФОНДОВАЯ ПОДДЕРЖКА

водоемов. Поэтому вопросы прогноза миграции

¹³⁷Cs при аварийных загрязнениях водоемов Севера

Исследование выполнено за счет гранта Россий-

и научного обоснования для них контрмер нужда-

ского научного фонда № 23-24-00319, https://rscf.ru/

ются в дополнительных экспериментальных иссле-

project/23-24-00319/.

дованиях.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Изучено состояние загрязнения ¹³⁷Cs донных

Авторы заявляют об отсутствии конфликта ин-

отложений глубоких проточных озер Северо-Запад-

тересов.

РАДИОХИМИЯ том 65 № 5 2023

472

БАКУНОВ и др.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

12. Алексеенко В.А. // Радиохимия. 1997. Т. 39, № 2.

С. 187-190.

Смагин А.И. Экология водоемов в зоне техногенной

13. Рахола Т., Саксен К., Костиайнен Э., Пухакай-

радионуклидной геохимической аномалии на Юж-

нен М. // Радиохимия. 2006. Т. 48, № 6. С. 562-566.

ном Урале. Челябинск: ЮУрГУ, 2013. 204 с.

14. Радиационная обстановка на территории России и

Крышев И.И., Рязанцев Е.П. Экологическая безо-

сопредельных государств в 2018 гг. Ежегодник / Под

пасность ядерно-энергетического комплекса России.

ред. В.М. Шершакова, В.Г. Булгакова, И.И. Крыше-

М.: ИздАт, 2010. 384 с.

ва, С.М. Вакуловского, М.Н. Катковой, А.И. Крыше-

Вакуловский С.М., Газиев Я.И., Колесникова Л.В.,

ва. Обнинск: НПО «Тайфун», 2019. С. 199.

Петренко Г.И., Тертышник Э.Г., Уваров А.Д. // Атом.

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

энергия. 2006. Т. 100, Вып. 1. С. 68-74.

Radiochim. Acta. 2002. Vol. 90. P. 747-752.

Стоун Д. Доклад о состоянии окружающей среды

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

Арктики. АМАП: Программа арктического монито-

№ 7, С. 76-81.

ринга и оценки. СПб.: Гидрометеоиздат, 1998. 118 с.

17. Wathne B.M. AL:PE Acidification of Mountain Lakes:

Большиянов Д.Ю., Бакунов Н.А., Макаров А.С. // Вод.

Palaeolimnology and Ecology: AL:PE 1 Report for

ресурсы. 2016. Т. 43, № 3. С. 328-335.

Period April 1991-April 1993. EUR-OP, 1995. 292 p.

Бакунов Н.А., Большиянов Д.Ю., Правкин С.А. // Ра-

18. Ilus E., Saxen R. // J. Environ. Radioact. 2005. Vol. 82.

диохимия. 2019. Т. 61, № 1. С. 122-128.

P. 199-221.

Ремез В.П., Канивец В.В., Поляков В.В., Ремез Е.П. //

19. Каблова К.В., Дерягин В.В., Левина С.Г., Сутя-

Тр. Междунар. конф. «Радиоактивность при ядер-

гин А.А. // Радиац. биология. Радиоэкология. 2018.

ных взрывах и авариях». СПб: Гидрометеоиздат,

Т. 58, №. 5. С. 517-523.

2000. Т. 2. С. 673-678.

20. Страховенко А.Д., Щербов Б.Л., Маликова И.Н., Во-

Бакунов Н.А., Большиянов Д.Ю. // Радиохимия. 2007.

сель Ю.С. // Геология и геофизика. 2010. Т. 51, № 11.

Т. 49, № 2. С. 170-172.

С. 1501-1514.

Поляков Ю.А. Радиоэкология и дезактивация почв.

М.: Атомиздат. 1970. 303 с.

21. Edgington D.N., Klump J.V., Robbins J.A., Kusner Yu.S.,

Pampura V.D., Sandirimov I.V. // Nature. 1991. Vol. 350.

10. Дубасов Ю.В., Евдокимов А.В., Каменцев А.А., Са-

P. 601-604.

ульский А.В., Чеплагина О.В. // Радиохимия. 2011.

Т. 53, № 6. С. 559-564.

22. Cremers A., Elsen A., De Preter P., Maes A. // Nature.

1988. Vol. 335, N 6187. P. 247-249.

11. Бобров В.А., Калугин И.А., Клеркс Ж., Дучков А.Д.,

Щербов Б.Л., Степин А.С. // Геология и геофизика.

23. Москальчук Л.Н., Баклай А.А., Леонтьева Т.Г. // Ра-

1999. Т. 40. С. 530-536.

диохимия. 2018. Т. 60, № 1. С. 93-96.

РАДИОХИМИЯ том 65 № 5 2023

МИГР

АЦИЯ И ПРОФИЛЬ ¹³⁷Cs В ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ

473

¹³⁷Cs Migration and Profile in Bottom Sediments of Deep

Drainage Lakes, North-Western Russia

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

Arctic and Antarctic Research Institute, St Petersburg, 199397 Russia

*е-mail: aksenov2801@gmail.com

Received March 20, 2023; revised July 05, 2023; accepted July 12, 2023

Modern contamination of global and «Chernobyl» ¹³⁷Cs in lake-river systems bottom sediments is estimated.

Drainage lakes of North-Western Russia were investigated. Kopanskoe Lake, located south of the Gulf of

Finland, is on the trail of the «Chernobyl» ¹³⁷Cs fallout, whereas Ladoga, Sukhodolskoe, Vuoksa, Imandra

lakes are located at its periphery, in Karelia and Kola Peninsula. Following parameters are distinguished:

lakes bottom ¹³⁷Cs pollution density (kBq/m²), distribution of ¹³⁷Cs in the profile of bottom sediments, ¹³⁷Cs

diffusion coefficients (D) in bottom sediments and content of the exchange chemical form of the radionuclide.

¹³⁷Cs contamination of the lakes was formed due to suspended matter sedimentation with ¹³⁷Cs, ¹³⁷Cs sorption

and diffusion in bottom sediments. With sedimentation ≥3 mm/year, the concentration of ¹³⁷Cs increased from

the top to the bottom of the core (lakes Vuoksa, Ekostrovskaya Imandra), reflecting the gradual process of

¹³⁷Cs migration into the sediments. The opposite trend of ¹³⁷Cs concentration was observed in the bottom

sediments of lakes Ladoga and Sukhodolskoe with sedimentation ≤0.5 mm/year. Here ¹³⁷Cs diffusion with D =

(0.5-6.2) ×10^-8 cm²/s caused slow radionuclide transfer in the bottom sediments. The main supply of ¹³⁷Cs was

contained in the top layer 0-5 cm. 14.4-20 % of absorbed ¹³⁷Cs in lake Sukhodolskoye bottom sediments were

was in an exchange chemical form, extracted into solution 1 М NH 4 Aс.

Keywords: ¹³⁷Cs, lakes, bottom sediments, ¹³⁷Cs supply, sorption, diffusion

РАДИОХИМИЯ том 65 № 5 2023