Введение 2
1. Литературный обзор по теме исследования 4
1.1. Ионизирующие излучения и их свойства 4
1.2. Радиоактивность горных пород 5
1.3. Радиоактивность почв 9
1.4. Механизм воздействия ионизирующего излучения на организм человека 12
2. Природные условия района исследования 14
2.1. Физико-географический очерк 14
2.2. Геологическое строение территории 15
2.3. Гидрогеологические условия 21
2.4. Экологическая обстановка на территории Ленинградской области 24
3. Материалы и методы 28
3.1. Гамма-спектрометрия 30
3.2. Принцип раздельного определения U (Ra), Th, K 31
4. Результаты исследования 34
4.1. Характеристика диктионемовых сланцев, как природного источника ионизирующего излучения (ИИ) 35
4.2. Оценка накопления ЕРН почвами, залегающими на диктионемовых сланцах 45
4.3. Радиоэкологическая оценка потенциального воздействия диктионемовых сланцев 47
Заключение 50
Список литературы 52
Одним из естественных источников радиоактивности является ионизирующее излучение от горных пород. Геологические тела с повышенным содержанием естественных радионуклидов (ЕРН) относятся к категории природных геологических объектов, которые определяют экологическую обстановку территории.
Как раз к таким геологическим телам относятся аргиллиты копорской свиты, которые принято называть диктионемовыми сланцами (из-за найденных в породе остатков граптолитов рода Dictyonema).
Диктионемовые сланцы копорской свиты нижнего ордовика обнажаются узкой полосой к югу от Финского залива. На территории северо-запада Русской платформы они распространены от реки Сясь на востоке до северной Эстонии на западе. Мощность этих пород в разных частях разреза изменяется от нескольких сантиметров до нескольких метров, местами породы выклиниваются.
Характерной особенностью сланцев считается их повышенная радиоактивность за счет высокого содержания естественных радионуклидов (ЕРН) - 238U, 232Th, 40K. В основном эти породы перекрыты более поздними отложениями, однако, на территории Ленинградской области есть места, где диктионемовые сланцы подходят близко к дневной поверхности и вскрываются реками и техногенными выработками.
За счет наклонного залегания слоев (угол падения варьирует от 5° до 15о) ширина выхода сланцев на дневную поверхность может увеличиваться. А также за счет многочисленных возвышенностей и понижений в рельефе диктионемовые сланцы могут напрямую контактировать с почвой. В таких местах ореолы рассеивания естественных радионуклидов могут образовываться естественным путем за счет механического или химического обогащения почв радиоактивными элементами.
Необходимо понимать, что подобные участки выходов радиоактивных пород на дневную поверхность оказывают влияние на радиоэкологическую обстановку близлежащих территорий. Поэтому была поставлена цель - охарактеризовать диктионемовые сланцы, как природный источник ионизирующего излучения, и оценить воздействие их радиоактивных свойств на окружающую среду.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
• проведение радиометрических измерений на обнажениях;
• количественная оценка содержание радионуклидов 238U, 232Th, 40K в диктионемовых сланцах и выявление характера распределения этих элементов в пласте породы;
• количественная оценка миграции радиоактивных элементов в почвы, залегающие непосредственно на диктионемовых сланцах;
• радиоэкологическая оценка потенциального воздействия диктионемовых сланцев на население.
Материалы для написания выпускной квалификационной работы были получены в ходе полевых и лабораторных исследований в 2014 - 2017 гг. Работы проводились на территории Ленинградской области. Было исследовано 5 обнажений - выходов диктионемовых сланцев на дневную поверхность, находящихся в п. Ульяновка (Тосненский р-н), п. Перекюля (Ломоносовский р-н), г. Павловске (Пушкинский р-н), п. Войскорово (Тосненский р-н) и в с. Копорье (Ломоносовский р-н). С обнажений отбирались образцы диктионемовых сланцев и контактирующих с ними почв. Общее количество отобранных образцов - 69 штук. Также на каждом участке проводились измерения мощности экспозиционной дозы на расстоянии 20 см от толщи диктионемовых сланцев. Лабораторные исследования проводились на базе испытательной лаборатории отдела радиационной гигиены ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в городе Санкт- Петербург».
Выражаю благодарность своему научному руководителю С. В. Лебедеву за ценные советы, консультации и обсуждение полученных результатов на протяжении всего времени ведения работ. А также за помощь в проведении полевых работ и обработку собранных материалов выражаю признательность сотрудникам Санкт-Петербургского государственного университета - доцентам С.М. Снигиревскому, П.В. Фёдорову, А.Г. Гончарову, П.С. Зеленковскому, заведующему испытательной лабораторией отдела радиационной гигиены ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в городе Санкт- Петербург» - Н. В. Череватову.
На основании проведенных исследований в 2014-2017 гг. на территории 5 участков в Ленинградской области (п. Ульяновка, п. Перекюля, г. Павловск, с. Копорье, п. Войскорово), где диктионемовые сланцы выходят на дневную поверхность, было установлено:
1. Диктионемовые сланцы копорской свиты нижнего ордовика характеризуются повышенным содержанием естественных радионуклидов (ЕРН). Анализ проб на удельную активность радия-226, тория-232, калия-40 и расчеты эффективной удельной активности (Аэфф), показали, что значения Аэфф по всем исследуемым участкам варьируют в среднем от 760 Бк/кг до 3570 Бк/кг. Наибольшими значениями эффективной удельной активности ЕРН характеризуются пробы, отобранные в п. Перекюля на Кирхгофской возвышенности. Наименьшие значения эффективной удельной активности ЕРН зафиксированы в обнажении «Останец» п. Ульяновка, в геологическом разрезе которого диктионемовые сланцы характеризуются наименьшей мощностью - 15 см.
2. Пересчет на содержания урана, тория и калия показал, что наибольшие концентрации урана характерны для участков в п. Перекюля и в с. Копорье, в отдельных пробах которых содержания урана достигают промышленных концентраций (в одной из проб на Кирхгофской возвышенности содержание урана составляет 520 г/т, в с. Копорье - 610 г/т. Однако, в большинстве проб содержание урана не превышает 350 г/т). Содержания же калия (от 3,3 до 4,5 %) близки к кларкам или же превышают их незначительно. Содержания тория превышают кларковые значения только на одном участке - в п. Перекюля - и составляют 30 г/т.
3. При изучении распределения ЕРН по мощности и простиранию пластов диктионемовых сланцев были выявлены следующие закономерности:
• в разрезах на территории с. Копорье и г. Павловска ярко выражена тенденция увеличения содержания радия в ближайших к подошве слоях; небольшое увеличение содержания радия у подошвы сланцевой толщи наблюдается и на обнажении на Кирхгофской возвышенности;
• на участках разреза диктионемовых сланцев в п. Войскорово, г. Павловске и с. Копорье наблюдается закономерное снижение содержания калия от кровли к подошве; исключением является обнажение на Кирхгофской возвышенности в п. Перекюля, где наблюдается обратная зависимость.
4. Оценка миграции радионуклидов в почвы, залегающие непосредственно на диктионемовых сланцах показала, что процент наследования урана почвой на всех участках сильно отличается от разреза к разрезу и составляет для каждого участка: 46 % для п. Ульяновка, 32 % для п. Перекюля, 3 % для г. Павловска, 12 % для п. Войскорово и 10 % для с. Копорье. Обращают на себя внимание данные, полученные на участке р. Тызьва (г. Павловск), где при относительно высоких средних содержаниях урана в породе почва его практически не наследует. Обратную ситуацию можно увидеть в п. Ульяновка, где при наименьших содержаниях урана в породе выявлен наибольший процент наследования урана почвой.
5. Содержание урана в почвах на всех исследуемых участках составляет от 3 до 75 г/т. Все значения превышают кларк в почве от 1,5 до 37 раз.
6. Миграция урана в почвы может приводить к ее загрязнению. Так на четырех из пяти исследованных участках (кроме р. Тызьва) содержание урана в почвах превышает предельно допустимую концентрацию урана от 1,8 до 15 раз (за ПДК принята величина норматива 5 г/т, действующего в Германии).
7. При оценке потенциального воздействия ионизирующего излучения от диктионемовых сланцев на население было установлено, что степень облучения населения, при нахождении людей в непосредственной близости от выходов радиоактивных пород на дневную поверхность, можно отнести к повышенной и высокой - значения мощности эквивалентной дозы составили от 6 до 23 мЗв/год. Наибольшая мощность экспозиционной дозы также отмечается на Кирхгофской возвышенности и достигает от 160 до 350 мкР/ч. Наименьшие значения мощности экспозиционной дозы зафиксированы в п. Ульяновка и г. Павловске. Полученные значения на всех участках, превышает соответствующий нормативный показатель (30 мкР/час) для территории под жилищную и общественную застройку от 1,5 до 11 раз.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
