Войти
Чернобыльская катастрофа остается самой крупной и самой разрушительной ядерной катастрофой, которая полностью изменила радиоактивный фон Северного полушария. 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 Воздух, вода, почвы, растительность и животные были загрязнены в той или иной степени. Помимо Украины и Беларуси, наиболее пострадавших регионов, в число пострадавших стран входят Россия, Австрия, Финляндия и Швеция. Полное воздействие на водные системы, включая в первую очередь прилегающие долины реки Припять и реки Днепр, до сих пор не исследованы.
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. Это оказалось особенно сложной задачей, поскольку бассейны подземных вод, особенно Глубокие водоносные горизонты традиционно считались неуязвимыми для различных посторонних загрязнителей. К удивлению ученых, радионуклиды чернобыльского происхождения были обнаружены даже в глубоководных водах с периодом образования несколько сотен лет
Подземные воды особенно пострадали от радиоактивности в 30-километровой зоне эвакуации (так называемая «зона отчуждения »), окружающей Чернобыльскую АЭС, или ЧАЭС (Kovar Herbert, 1998. Основным и наиболее опасным загрязнителем с точки зрения 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. Другие опасные ядерные изотопы включали цезий-137, цезий-143, рутений-106, плутоний-239, Плутоний-240, Америций-241 Основным источником загрязнения был поврежденный 4-й реактор, который на самом деле был местом крушения и в котором концентрация стронция-90 изначально превышены допустимые нормы 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. Конструкция оказалась негерметичной, проницаемой для дождя, снега и конденсата во многих частях площади 1000 м2. Кроме того, большое количество цезия, трития и плутония попали в подземные воды из-за утечки обогащенной воды из 4-го реактора при строительстве «Укрытия». В результате внутри «Укрытия» сконденсировалось значительное количество воды и поглотило излучение от пыли и топлива, содержащих нуклиды.. Хотя большая часть этой воды испарилась, часть ее просочилась в подземные воды из поверхностных слоев под камерами реактора.
К другим источникам загрязнения подземных вод относятся: свалки радиоактивных отходов на территории «зоны отчуждения ”; резервуары охлаждающей воды, связанные с водоносным горизонтом; первые радиоактивные осадки, произошедшие в первые часы после аварии; и лесные пожары, которые привели к ускоренному распространению загрязненных частиц по почвам прилегающей территории. В целом исследователи зафиксировали вероятность накопления около 30% общего поверхностного загрязнения в подземной горной среде. 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, скрытых советской пропагандой, показывают, что проблема радиоактивного загрязнения подземных вод в зоне Чернобыля 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. Когда произошла катастрофа, произошло облучение подземных вод из-за загрязнения земель в районе г. разрушился четвертый реактор. Кроме того, подземные воды были загрязнены через безграничный водоносный горизонт пропорционально и пропорционально загрязнению почвы изотопами стронция и цезия. Верхний водоносный горизонт подземных вод и большая часть артезианских водоносных горизонтов были повреждены в первую очередь из-за массивного поверхностного загрязнения радиоактивными изотопами стронция-90 и цезием-137. При этом значительные уровни радиоактивного содержания были зафиксированы на периферии зоны отчуждения, в том числе в части системы подачи питьевой воды. Это разоблачение подтвердило факт миграции радиоактивных загрязняющих веществ через водоносные горизонты подземных вод
После катастрофы Советское правительство целенаправленно приняло запоздалые 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 затратам с незначительным результатом. При этом надлежащий мониторинг ситуации в основном отсутствовал. 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
К сожалению, Гидрологические и геологические условия в районе Чернобыль способствовали быстрой миграции радионуклидов в сеть подземных вод. К этим факторам относятся равнинная местность, обильные осадки и высокопроницаемые песчаные отложения. Основные естественные факторы миграции нуклидов в регионе можно разделить на четыре группы, в том числе: погодные и климатические (частота испарения и осадков, интенсивность и распространение); геологические (проницаемость наносов, режимы дренажа, формы растительности); почвенные (физические, гидрологические и механические свойства земель); и литологический (рельеф местности и типы горных пород). 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 орошение могут существенно ускорить естественные темпы миграции загрязняющих веществ. Например, искусственный дренаж приводит к значительному увеличению скорости всасывания и промывки. Эти технологические факторы особенно важны для регионов вдоль реки Припять и Днепра, которые практически полностью подвержены искусственному орошению и дренажу в сети построенных водохранилищ и плотин.
В то же время как естественные, так и искусственные факторы миграции имеют особую приоритетность для различных загрязнителей. Основным способом транспортировки стронция-90 в подземные воды является его проникновение из загрязненных почв и последующий переход через пористые поверхности неограниченного водоносного горизонта. Ученые также установили два дополнительных альтернативных пути миграции этого радионуклида. Первый - «техногенный» переход, связанный с плохим строительством скважин для забора воды или недостаточным качеством материалов, из которых изготовлены их корпуса. При перекачке глубинных артезианских вод с помощью электрооборудования поток в незащищенном виде проходит через загрязненные слои верхних водоносных горизонтов и поглощает радиоактивные частицы перед попаданием в колодец. Данный способ загрязнения был экспериментально подтвержден на водозаборных скважинах Киев. Другой аномальный путь миграции радионуклидов - слабые зоны кристаллических пород. Исследования Центра радиоэкологических исследований НАН Украины НАН Украины показали, что на поверхности земной коры присутствуют рыхлые зоны, характеризующиеся повышенной электрической продуктивностью, а также повышенной влажностью и эманационной способностью.
Что касается цезия-137, этот нуклид демонстрирует более низкий миграционный потенциал в чернобыльских почвах и водоносных горизонтах. Его подвижность ограничивается такими факторами, как: глинистые минералы, которые фиксируют радионуклиды в горных породах, поглощение и нейтрализация изотопов посредством ионного обмена с другими химическими компонентами воды; частичная нейтрализация метаболическими циклами растительности; общий радиоактивный распад. Тяжелые изотопы плутония и америция обладают еще меньшей способностью к транспортировке 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
Транспортировка радионуклидов через грунтовые воды К ключевым путям относится загрязнение земель, занятых сельскохозяйственным производством. 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 во время употребления в пищу зараженных овощей. Эта ситуация усугубляется преимущественно сельским типом поселений в Чернобыльской зоне, где большая часть населения занята 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. Эти проблемы повреждения изначально малонарушенных почв ложатся тяжелым бременем, прежде всего, на экономику Украины и особенно Белоруссии. Почти четверть всей территории Беларуси была серьезно загрязнена изотопами цезия. Власти обязали до сегодняшнего дня исключить из сельскохозяйственного использования почти 265 тысяч гектаров посевных площадей. Несмотря на то, что комплексные химические и агротехнологические меры привели к ограниченному снижению содержания радионуклидов в продуктах питания, производимых на загрязненных территориях, проблема остается в значительной степени нерешенной. 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. Таким образом, сельскохозяйственный ущерб в конечном итоге означает прямую и долгосрочную угрозу для здоровья населения.
Воздействие загрязнения подземных вод на здоровье населения Украины, Беларуси и соседних 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. Не в последнюю очередь, такое решение было принято на основании результатов исследований отечественных ученых, показывающих, что загрязнение подземных вод не вносит существенного вклада в общие риски для здоровья. в отношении других активных путей радиоактивного облучения в «зоне отчуждения », в частности, радиоактивное загрязнение безграничного водоносного горизонта, которое обычно считается серьезной угрозой, оказывает меньшее влияние на экономику и здоровье в Чернобыле из-за наличия подземных вод в «зоне отчуждения » не используется для хозяйственно-питьевых нужд. Вероятность использования этой воды местными жителями исключена особым статусом Чернобыльской территории и соответствующими административными запретами. Единственная группа, которая напрямую и неизбежно подвергается угрозе здоровью, - это аварийные работники, занятые отводом воды, связанной с отключением реакторов Чернобыльской АЭС и операциями по удалению отходов.
Что касается загрязнения замкнутого водоносного горизонта, который является источником технического и бытового водоснабжения для города Припять (крупнейшего города в Чернобыльской зоне), он также не представляет непосредственной угрозы здоровью благодаря постоянному мониторингу системы водоснабжения. В случае превышения каких-либо показателей радиоактивности нормы забор воды из местных скважин будет приостановлен. Однако такая ситуация несет в себе определенный экономический риск из-за больших затрат, необходимых для обеспечения альтернативной системы водоснабжения. В то же время смертельные дозы радиации в безграничном водоносном горизонте сохраняют значительную потенциальную опасность из-за их значительной способности миграции в замкнутый водоносный горизонт, а затем в поверхностные воды, в первую очередь в р. Припять. Кроме того, эта вода может поступать в притоки реки Днепр и Киевское водохранилище. 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 хранилищ 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. Таким образом, загрязнение подземных вод привело к парадоксальной ситуации в сфере общественного здравоохранения: прямое воздействие радиации при использовании загрязненных подземных вод для бытовых целей несравнимо меньше, чем косвенное воздействие, вызванное нуклиды миграция 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 в зоне отчуждения. Низкие риски на территории 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 снегов. Основные риски для здоровья возникают за пределами территории, вызваны радионуклидным загрязнением сельскохозяйственных земель и вызваны, среди прочего, миграцией подземных вод через неограниченный водоносный горизонт. Этот процесс в конечном итоге приводит к внутреннему облучению людей, употребляющих пищу из зараженных территорий.
Необходимость принятия незамедлительных мер по охране подземных вод в Чернобыльской и Припятской области была вызвана предполагаемой опасностью транспортировки радионуклиды попадают в Днепр, загрязняя Киев, столицу Украины, 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 восстановления была остановлена. Однако к настоящему моменту Украина уже потратила гигантские денежные средства в размере почти 20 миллионов долларов на этот проект, а также подвергла спасателей ненужной опасности облучения.
В 1990-2000-х гг. 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 ослаблении»
В условиях постоянного распада радиоактивных материалов и крайне неблагоприятного радиационного фона в «зона 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. До конца 1990-х годов методы сбора данных для мониторинга качества подземных вод были неэффективными и надежными. Во время установки мониторинговых скважин, скважины были загрязнены 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 подтвердилась значительным ростом показателей стронция-90 в пробах. Дополнительно ухудшилось качество данных. коррозии 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. При строительстве скважин, осуществленных персоналом Чернобыльской АЭС в начале 1990-х годов, были отсеки длиной 12 метров, позволяющие отбор проб только вертикально. Такие пробы трудно интерпретировать, так как водоносный горизонт обычно имеет неравномерное вертикальное распределение загрязняющих веществ) С 1994 года качество наблюдений за подземными водами в зоне Чернобыль значительно улучшилось. Новые мониторинговые скважины строятся из поливинилхлоридных материалов вместо стали, с укороченными секциями экранирования, 1-2 м. Кроме того, в 1999-2012 гг. Была создана экспериментальная площадка мониторинга в непосредственной близости от территории свалок радиоактивных отходов западнее Чернобыльская атомная энергетика Завод, получивший название «Чернобыльский красный лес». В состав новой системы мониторинга входят лабораторный модуль, станция мониторинга ненасыщенной зоны, сеть мониторинговых скважин и метеостанция. В ее основные задачи входит мониторинг таких процессов, как: извлечение радионуклидов из «горячих топливных частиц» (HFP), рассеянных в поверхностном слое; 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 вести наблюдение 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 отложений, а накопление органического вещества в отложениях коррелирует с геохимическими параметрами водоносного горизонта. Кроме того, исследователи впервые обнаружили плутоний в глубоко залегающих грунтовых водах, а это означает, что этот загрязнитель также может мигрировать в замкнутый водоносный горизонт. Однако конкретные пути этой миграции до сих пор остаются неизвестными.
Исследователи прогнозируют, что в случае несоблюдения защиты свалок ядерных отходов в зоне отчуждения концентрация стронция-90 до 2020 года будет намного ниже в подземных водах. чем допустимые максимальные показатели. Кроме того, загрязнение реки Припять как наиболее уязвимого пути поверхностных вод подземными притоками маловероятно в ближайшие 50 лет. 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
Чернобыльская авария выявила полную неподготовленность местных властей к решение экологических проблем ядерной катастрофы. Управление подземными водами не является исключением. Без точных данных в реальном времени и скорректированных планов управления в чрезвычайных ситуациях правительство потратило огромные средства на восстановление грунтовых вод, что позже оказалось При этом действительно ответственные первоочередные мероприятия, такие как надежная изоляция поврежденного 4-го реактора, были выполнены на некачественном уровне. Если бы «Укрытие» было построено без недостатков, как полностью герметичное и изолирующее 4-й реактор. реактора от контакта с внешней воздушной средой, почвой и грунтовыми водами, он внесет гораздо больший вклад в предотвращение попадания нуклидов внутрь и их миграции через сеть подземных вод. Принимая во внимание эти аварии, из чернобыльской трагедии можно извлечь следующие уроки для управления подземными водами:
