Помощь студентам в учебе
ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА КОМПОНЕНТОВ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ ТЕРРИТОРИИ «ВОСТОЧНОГО СЛЕДА» СЕМИПАЛАТИНСКОГО ИСПЫТАТЕЛЬНОГО ПОЛИГОНА
|
ВВЕДЕНИЕ 4
1 ИЗУЧЕННОСТЬ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ТЕРРИТОРИИ И ПОСТАНОВКА
ВОПРОСА 17
1.1 Основные направления исследований Семипалатинского испытательного полигона 17
1.2 Изученность вопроса радионуклидного состава почвы и твердых частиц аэрозолей
воздуха Семипалатинского испытательного полигона и прилегающих малых населенных пунктов 22
1.3 Изученность вопроса химического состава твердых частиц аэрозолей воздуха в
мире и Республике Казахстан 29
2 ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЯ ...39
2.1 Геологическая характеристика Семипалатинского испытательного полигона и
прилегающих восточных территорий 39
2.2 Природно-климатические условия Семипалатинского испытательного полигона и
прилегающих восточных территорий 44
3 МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 51
3.1 Фактический материал исследования 51
3.2 Методика подготовки проб компонентов природной среды к лабораторноаналитическим исследованиям 57
3.3 Методы аналитических исследований 62
3.4 Методы обработки результатов лабораторно-аналитических исследований 65
4 ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКИ ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕРРИТОРИИ ЗОНЫ
ВОЗДЕЙСТВИЯ ПО ДАННЫМ ИЗУЧЕНИЯ ПОЧВ РЕГИОНАЛЬНОГО ПРОФИЛЯ «ВОСТОЧНЫЙ СЛЕД» 70
4.1 Характеристика радионуклидного состава почвы 70
4.2 Характеристика элементного и минералогического составов почвы 75
5 ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕРРИТОРИИ ЗОНЫ
ВОЗДЕЙСТВИЯ ПО ДАННЫМ ИЗУЧЕНИЯ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ АЭРОЗОЛЕЙ ВОЗДУХА ИСПЫТАТЕЛЬНОЙ ПЛОЩАДКИ «ОПЫТНОЕ ПОЛЕ» 86
5.1 Характеристика радионуклидного состава твердых частиц аэрозолей воздуха (TSP)86
5.2 Характеристика элементного состава твердых частиц аэрозолей воздуха (TSP,
PM2.5) 90
6 ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МАЛОГО НАСЕЛЕННОГО
ПУНКТА ДОЛОНЬ 106
6.1 Особенности элементного и минералогического составов твердых частиц аэрозолей
воздуха (PM2.5) 106
6.2 Особенности элементного и минералогического составов снегового покрова, а
также угля и золы месторождения «Каражыра» 117
6.3 Особенности элементного и минералогического составов почвы 129
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 137
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 140
ПРИЛОЖЕНИЕ А 173
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 175
ПРИЛОЖЕНИЕ В 176
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 178
1 ИЗУЧЕННОСТЬ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ТЕРРИТОРИИ И ПОСТАНОВКА
ВОПРОСА 17
1.1 Основные направления исследований Семипалатинского испытательного полигона 17
1.2 Изученность вопроса радионуклидного состава почвы и твердых частиц аэрозолей
воздуха Семипалатинского испытательного полигона и прилегающих малых населенных пунктов 22
1.3 Изученность вопроса химического состава твердых частиц аэрозолей воздуха в
мире и Республике Казахстан 29
2 ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЯ ...39
2.1 Геологическая характеристика Семипалатинского испытательного полигона и
прилегающих восточных территорий 39
2.2 Природно-климатические условия Семипалатинского испытательного полигона и
прилегающих восточных территорий 44
3 МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 51
3.1 Фактический материал исследования 51
3.2 Методика подготовки проб компонентов природной среды к лабораторноаналитическим исследованиям 57
3.3 Методы аналитических исследований 62
3.4 Методы обработки результатов лабораторно-аналитических исследований 65
4 ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКИ ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕРРИТОРИИ ЗОНЫ
ВОЗДЕЙСТВИЯ ПО ДАННЫМ ИЗУЧЕНИЯ ПОЧВ РЕГИОНАЛЬНОГО ПРОФИЛЯ «ВОСТОЧНЫЙ СЛЕД» 70
4.1 Характеристика радионуклидного состава почвы 70
4.2 Характеристика элементного и минералогического составов почвы 75
5 ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕРРИТОРИИ ЗОНЫ
ВОЗДЕЙСТВИЯ ПО ДАННЫМ ИЗУЧЕНИЯ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ АЭРОЗОЛЕЙ ВОЗДУХА ИСПЫТАТЕЛЬНОЙ ПЛОЩАДКИ «ОПЫТНОЕ ПОЛЕ» 86
5.1 Характеристика радионуклидного состава твердых частиц аэрозолей воздуха (TSP)86
5.2 Характеристика элементного состава твердых частиц аэрозолей воздуха (TSP,
PM2.5) 90
6 ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МАЛОГО НАСЕЛЕННОГО
ПУНКТА ДОЛОНЬ 106
6.1 Особенности элементного и минералогического составов твердых частиц аэрозолей
воздуха (PM2.5) 106
6.2 Особенности элементного и минералогического составов снегового покрова, а
также угля и золы месторождения «Каражыра» 117
6.3 Особенности элементного и минералогического составов почвы 129
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 137
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 140
ПРИЛОЖЕНИЕ А 173
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 175
ПРИЛОЖЕНИЕ В 176
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 178
Актуальность. Одним из ключевых направлений в исследовании радиоэкологической ситуации на территории Семипалатинского испытательного полигона (СИП) и прилегающих районов является детальное изучение зон, расположенных вдоль основных маршрутов распространения радиоактивных осадков. Эти участки образовались в результате многолетних ядерных испытаний, проводившихся с 1949 по 1989 год, и сохраняют устойчивое загрязнение, оказывающее влияние на окружающую среду и население. Особое внимание при этом уделяется выявлению участков с наибольшей плотностью загрязнения, поскольку такие зоны могут представлять потенциальную угрозу для здоровья местного населения и состояния окружающей среды. Полученные данные служат основой для дальнейшего анализа и сопоставления с результатами других исследований. В работах ряда авторов (Дубасов и др., 2003; Закарин и др., 2003; Лукашенко и др., 2015; Назарбаев и др., 2016; Aktayev et al., 2024), подчеркивается важность комплексного радиоэкологического обследования территории СИП и прилегающих к нему районов по направлениям распространения радиоактивных осадков.
На сегодняшний день на территории СИП выделяются три крупных зоны радиоактивных выпадений: «Южный след», «Юго-Восточный след» и «Восточный след» (Рисунок 1.1). Эти три радиоактивные следа образовались в результате серии атмосферных ядерных испытаний, которые проводились как наземным, так и воздушным способом на площадке «Опытное поле» в период с 1949 по 1962 годы. На указанной испытательной площадке было проведено в общей сложности 30 наземных ядерных испытаний, из которых в пяти случаях устройство не сработало, а также 86 воздушных взрывов. Именно наземные испытания играют ключевую роль в формировании радиоактивного загрязнения, поскольку при взрыве на поверхности земли возникает высокотемпературный «огненный шар», непосредственно контактирующий с грунтом. Это приводит к активации и подъему большого количества частиц почвы, которые затем переносятся воздушными потоками и постепенно оседают на территории, образуя характерный след радиоактивных выпадений (Дубасов и др., 2003). Такой механизм объясняет распределение загрязнений и служит основой для оценки экологических последствий испытаний.
Два следа («Южный» и «Юго-восточный») были обнаружены на местности в ходе аэро-гамма-спектрометрической съемки, проведенной в 1990-1991 годах, а также в результате комплексных радиоэкологических исследований, осуществляемых Институтом
радиационной безопасности и экологии НЯЦ РК с 2009 года и по настоящее время.
«Восточный» был выявлен в ходе радиоэкологического обследования территорий, прилегающих к СИП, в районе населенного пункта Долонь (Назарбаев и др., 2016).
Павлодарская
Д? >бластъ .
Казахстанская обла<
Условные обозначения
{^граница СИП
□ границы испытательных площадок---оси следов ядерных испытаний
Рисунок 1.1 - Основные 3-и масштабных следа радиоактивных выпадений СИП
След радиоактивных выпадений представляет собой зону загрязнения местности радиоактивными частицами, осевшими из облака ядерного взрыва под воздействием атмосферных процессов. Обычно такая зона имеет вытянутую форму, при этом ее ширина зависит от мощности взрыва, а длина — от направления и скорости ветра. Этот природнотехнический феномен иллюстрирует закономерности переноса и осаждения радионуклидов в приземном слое атмосферы. Третий радиоактивный след, обозначенный как «Восточный» (Рисунок 1.2), был идентифицирован в результате радиоэкологического мониторинга территорий, прилегающих к Семипалатинскому испытательному полигону, в районе населенного пункта Долонь. На территории полигона данный след выражен слабо или фрагментарно, что, по мнению (Логачев, 1997), обусловлено неблагоприятными метеорологическими условиями во время проведения испытания, включая сильный
порывистый ветер и осадки в виде дождя. Основными параметрами, характеризующими следы радиоактивных выпадений, являются радионуклидный состав, уровни активности радионуклидов, а также геометрические размеры — длина и ширина следа (Лукашенко и др., 2015).
Рисунок 1.2 - Условно выделенные границы «Восточного следа» СИП
Исследование этих зон необходимо для оценки последствий ядерных испытаний и их влияния на окружающую среду. Ведутся работы по оценке текущего уровня радиоактивного загрязнения, а также его воздействия на здоровье населения и экосистему. Однако радиация не является единственным фактором, влияющим на здоровье. Немаловажное значение имеют и химические загрязнители, такие как тяжелые металлы и токсичные элементы в почве и воздухе, которые могут существенно повлиять на состояние окружающей среды и здоровье людей. В этом контексте особое внимание стоит уделить химическому составу твердых частиц аэрозолей (PM2.5, TSP), поскольку эти вещества могут содержать не только радионуклиды, но и опасные токсичные элементы. Взвешенные вещества размером менее 2.5 микрон распространяются на большие расстояния и являются потенциальными загрязнителями основных компонентов природной среды, а также легко проникают в органы человека в процессе дыхания и при наличии вредных веществ (тяжелые металлы и радионуклиды) в них может привести к тяжелым заболеваниям (Maykut et al. 2003; Sun et al., 2014; Meng et al., 2020; Zhang et al., 2022).
В этом контексте особое внимание заслуживает «Восточный след», который является наименее исследованным среди трех радиоактивных следов. Учитывая, что исследуемая территория радиоактивных выпадений — это также район расположения малого населенного пункта Долонь, возникает необходимость в комплексной оценке потенциального радиоактивного и химического загрязнения данной территории. Важно определить участки с возможной повышенной концентрацией как искусственных, так и естественных радионуклидов, а также химических элементов в почве и твердых частицах аэрозолей воздуха.
При этом следует отметить, что радиоактивное загрязнение, вызванное выпадением радионуклидов, затронуло только верхний, поверхностный слой почвы. В частности, исследования на площадке «Опытное поле», а также по всей зоне СИП, показали, что около 90 % техногенных радионуклидов сосредоточены именно в верхнем 5 см слое почвы. Следует отметить, что любое проникновение радионуклидов на большую глубину является результатом вторичных процессов перераспределения активности, которые могут быть как природного, так и антропогенного характера (Лукашенко и др., 2015). Характер атмосферного загрязнения зависит от мощности ядерных взрывов: взрывы малого и среднего калибра в основном затрагивают тропосферу, тогда как мегатонные — преимущественно стратосферу. В связи с этим радиоактивные выпадения классифицируются на ранние (местные) и поздние (полуглобальные и глобальные). Осевшие на поверхность радионуклиды подвержены вторичному перераспределению под влиянием различных факторов, включая ветровую эрозию, водную миграцию и агротехническую деятельность (Василенко и др., 2011).
На территории СИП отсутствуют крупные промышленные объекты, что позволяет с высокой степенью уверенности считать основным источником загрязнения подстилающую почву. В зависимости от характера местности и типа поверхности, главным источником взвешенных аэрозольных частиц в воздухе выступают тонкодисперсные фракции почвы размером менее 10 мкм (Anand et al., 2025; Zhao et al., 2022; Zhang et al., 2013; Huang et al., 2024; Li et al., 2021; Bhanot et al., 2025; Lee et al., 2024; Nayebare et al., 2022; Van Der Does et al., 2018; Gubanova et al., 2020). Это особенно важно для радиационно опасных зон СИП, где в эпицентрах ядерных испытаний отмечаются максимальные концентрации искусственных радионуклидов в почве. В таких местах необходимы регулярные исследования воздушной среды для контроля динамики содержания как искусственных, так и естественных радионуклидов, а также химических элементов.
Данные исследования позволяют не только отслеживать изменения во времени, но и оценивать масштабы распространения загрязнителей в атмосферном воздухе за пределы испытательной площадки полигона. Особое внимание уделяется твердым частицам аэрозолей воздуха, таким как PM2.5 и TSP, которые содержат разнообразные радионуклиды, тяжелые металлы и другие токсичные элементы. Эти взвешенные частицы, обладая размером менее 10 микрон, способны переноситься на значительные расстояния, становясь потенциальными загрязнителями экосистем и источниками воздействия на здоровье человека (Won et al., 2024; Jain et al., 2020; Sharifi et al., 2023; Guo et al., 2021; Das et al., 2015).
Несмотря на важность данного вопроса, радионуклидный и химический состав компонентов природы «Восточного следа» СИП изучены недостаточно полно. В связи с этим возникает необходимость в проведении комплексных исследований пространственного распределения радионуклидов и химических элементов, включая твердые частицы аэрозолей воздуха, в зоне влияния радиоактивных выпадений «Восточного следа» и прилегающих территорий, в том числе населенного пункта Долонь.
Атмосферный аэрозоль представляет собой смесь твердых и жидких дисперсных частиц различного размера — от долей до сотен микрон, находящихся во взвешенном состоянии в воздухе. Благодаря своим малым размерам аэрозоли легко проникают в дыхательные пути человека, а при наличии в их составе вредных веществ, таких как тяжелые металлы и радионуклиды, способны вызывать серьезные заболевания (Liu et al., 2020; Krupnova et al., 2021; Dashtaki et al., 2025; Phimphilai et al., 2025; Ketcherside et al., 2024).
Таким образом, для оценки радиоактивного и химического загрязнения воздушной среды в районах, расположенных на следе радиоактивных выпадений, необходимы регулярные мониторинговые мероприятия и специальные уточняющие исследования. Они позволяют определить участки с повышенными концентрациями искусственных и естественных радионуклидов, а также химических элементов в почве и аэрозолях воздуха. Особенно это актуально для эпицентров ядерных испытаний на территории полигона, где регулярные исследования дают возможность проследить динамику изменений загрязнителей во времени, а специализированные уточняющие работы — оценить масштабы распространения искусственных радионуклидов в атмосфере.
Степень разработанности темы. На сегодняшний день выполнен значительный объем исследований, посвященных изучению радиационной обстановки в населенных пунктах, прилегающих к границам Семипалатинского испытательного полигона (СИП), таких как Долонь, Кайнар, Саржал, Караауыл, Мостик, Майское, Егындыбулак и Чаган (Dubasov et al., 1994; Sakaguchi et al., 2006; Gusev et al., 1997; Takada et al., 1999; Ivannikov et al., 2002; Deliglasov et al., 1991; Дубасов и др., 2003; Napoles et al., 2004; Gastberger et al., 2001; Conway et al., 2009; Lehto et al., 2006). С применением аэрокосмических и наземных методов, включая гамма-съемку, дозиметрические измерения, а также отбор и анализ проб почвы и растительности, было обследовано более 30 тыс. км2 территорий, примыкающих к границам СИП, с учетом зон воздействия радиоактивных выпадений (Yamamoto et al., 1996а; Yamamoto et al., 1996б; Yamamoto et al., 1998; Yamamoto et al., 1999; Yamamoto et al., 2002; Wendel et al., 2013; Beasley et al., 1998; Howard et al., 2005; Lukashenko et al., 2020; Рапута и др., 2016; Kvasnikova et al., 2008; Артемьев и др., 2007).
Тем не менее, «Восточный след» радиоактивных осадков рассматривался фрагментарно — преимущественно на участках с повышенными уровнями гамма- излучения, зафиксированными в ходе пешеходной гамма-съемки, а также на территориях населенных пунктов Долонь и Мостик (Stepanenko et al., 2006а; Stepanenko et al., 2006б; Imanaka et al., 2005; Imanaka et al., 2006; Imanaka et al., 2010; Джамбаев и др., 2019; Goksu et al., 2006; Sakaguchi et al., 2004; Sato et al., 2006; Yamamoto et al., 2004а; Yamamoto et al., 2004б; Yamamoto et al., 2008). При этом отсутствовал региональный подход к обследованию, не производился целенаправленный отбор проб компонентов природной среды вдоль условной оси распространения следа. Проведенные исследования, как правило, ограничивались оценкой текущих дозовых нагрузок, без учета пространственновременной динамики радиационного загрязнения. Указанные обстоятельства подчеркивают необходимость более комплексного и системного подхода к исследованию данной проблематики.
Следует также отметить, что, хотя в настоящее время имеются единичные работы, посвященные изучению радионуклидного состава фракции PM2.5 прилегающих территории и общей пыли (Lehto et al., 2003; Lehto et al., 2006; Артемьев и др., 2003; Артемьев и др., 2007; Круглыхин и др., 2018) исследования, направленные на определение ее элементного состава, практически не проводились. Аналогичная ситуация наблюдается и в отношении компонентов природной среды вдоль рассматриваемого профиля, для которых также отсутствуют данные по элементному составу.
Учет исторических особенностей пространственного распределения радиоактивных осадков позволяет более точно определять приоритетные зоны для мониторинга и анализа, что подчеркивается в ряде научных исследований (Дубасов и др., 2003). Это, в свою очередь, подтверждает необходимость комплексного подхода к радиоэкологическому обследованию как самого полигона, так и прилегающих к нему территорий.
В этой связи особую значимость приобретает задача совершенствования мониторинга на основе изучения радионуклидного и элементного составов компонентов природной среды в зоне следов радиоактивных выпадений. В частности, актуальным является исследование возможных процессов переноса почвенной пыли с подстилающей поверхности в атмосферу и, далее, в воздушное пространство близлежащих населенных пунктов. Все это определяет не только выбор темы настоящего исследования, но и подчеркивает ее высокую научную и практическую значимость.
Объектом исследования являются компоненты природной среды (фракции твердых частиц аэрозолей воздуха TSP>40 мкм, PM<2.5 мкм, почвенный и снеговой покровы), а предметом исследования - радионуклидный и элементный составы компонентов природной среды.
Целью представленной работы является оценка эколого-геохимической обстановки в зоне воздействия «Восточного следа» Семипалатинского испытательного полигона по данным изучения состава фракций твердых частиц аэрозолей воздуха, почвенного и снегового покровов.
Задачи, решавшиеся при достижении поставленной цели: 1) оценить уровни накопления естественных и техногенных радионуклидов, макро-, микроэлементов и их отношений в почвенном покрове регионального профиля в зоне воздействия «Восточного следа» СИП, протяженностью 140 км от эпицентра взрыва: 2) определить объемную активность радионуклидов, концентрацию элементов в различных фракциях твердых частиц аэрозолей воздуха (TSP, PM2.5) испытательной площадки «Опытное поле» СИП; 3) изучить изменчивость среднемесячных концентраций элементов в составе PM2.5 на территории малого населенного пункта Долонь, расположенного на расстоянии 80 км от испытательной площадки СИП в зоне воздействия «Восточного следа», в неотопительный и отопительный периоды; 4) изучить особенности элементного состава твердого осадка снега и почвенного покрова на территории населенного пункта Долонь.
Фактический материал и методы исследования. Основу диссертационной работы составил фактический материал, собранный, проанализированный и обработанный непосредственно автором и при его участии в ходе полевых исследований в период с 2015 по 2022 гг. Работы частично выполнялись в рамках научно-технической программы Республики Казахстан «Комплексное радиоэкологическое исследование населенных
пунктов Большая Владимировка и Канонерка и прилегающих территорий (40 км2)» по разделу «Оценка загрязнения тяжелыми металлами атмосферного воздуха» (2014-2016 гг.), а также научно-технической программы «Развитие атомной энергетики в Республике Казахстан» (ИРН BR09158470), тема 04.01 «Разработка методологии комплексной оценки состояния воздушного бассейна в зоне влияния объектов ЯТЦ» (2021-2023 гг.) при организационной и информационной поддержке персонала отдела аналитических исследований лаборатории элементного анализа «Института радиационной безопасности и экологии» РГП Национального ядерного центра Республики Казахстан при сотрудничестве с персоналом Международного инновационного научно
образовательного центра «Урановая геология» имени Л.П. Рихванова НИ ТПУ.
При личном участии автора всего отобрано 86 проб твердых частиц аэрозолей воздуха (PM2.5). Места отбора проб - стационарный пост Института радиационной безопасности и экологии, расположенный по адресу ул. 25-летия Октября населенного пункта Долонь и стационарный пост, расположенный в г. Курчатов. Методом шурфа в конце марта - начале апреля 2015 г. было отобрано 30 объединенных проб снега с территории населенного пункта Долонь. Летом 2015 года для более детального анализа участков, непосредственно находящихся в зоне воздействия СИП (40 км) с территории населенного пункта Долонь, были отобраны 30 проб почвы. С целью выявления возможного «привноса» некоторых химических элементов и радионуклидов с территории СИП на прилегающие территории по профилю «Восточного следа» были отобраны 14 образцов почвы с поверхностного слоя (0-5 см). С внешних границ испытательной площадки «Опытное поле» отобраны 12 проб твердых частиц аэрозолей воздуха (TSP), 12 проб тонкодисперсных фракций аэрозолей воздуха (PM2.5), по 3 пробы TSP и PM2.5 с поста 5 (г. Курчатов) и соответственно произведен сопряженный отбор проб почвы (5 объединенных проб). Также были проанализированы пробы угля (10 проб) и золы (10 проб), используемые жителями населенного пункта Долонь в качестве основного топлива для выявления вклада в формировании химического состава твердых частиц аэрозолей воздуха.
Подготовка проб компонентов природной среды (почва, твердые частицы аэрозолей воздуха, снег, уголь) осуществлялись автором в соответствии с нормативнометодическими документами (РД 52.04.186-89; ЕМЕП - European Monitoring and Evaluation Programme, 2002; СТ РК ISO 17294-1-2011, СТ РК ISO 17294-2-2006, 2006; ISO 17294-2:2003, 2003; ISO 17294-2:2016, 2016); KZ.07.00.03351-2016 - Методика
количественного химического анализа «Определение элементного состава горных пород, почв, грунтов и донных отложений атомно-эмиссионным с индуктивно связанной плазмой и масс-спектральным с индуктивно связанной плазмой методами», 2016 (ВИМС НСАМ 499-АЭС/МС); ГОСТ Р ИСО 15202-2-2014, 2014; Рабочие инструкции - «Порядок выполнения радиохимического выделения плутония-(239+240) из проб окружающей среды», 2018; «Порядок выполнения радиохимического выделения стронция-90 из проб окружающей среды», 2018; «Порядок выполнения совместного радиохимического выделения плутония-(239+240) и стронция-90 из проб окружающей среды», 2018 и разработанными работами (Рабочая инструкция «Проведение элементного анализа проб твердых частиц аэрозолей воздуха методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой на масс-спектрометре Agilent 7700X», 2018).
Определение содержания химических элементов, в том числе тяжелых металлов, редкоземельных элементов и естественных радионуклидов в основных исследуемых компонентах природы проводили методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС) с использованием квадрупольного масс-спектрометра Agilent 7700х «Agilent Technologies», а также атомно-эмиссионного спектрометра с индуктивносвязанной плазмой (ИСП-АЭС) ICAP 6000 Duo «Thermo Scientific». Для определения удельной активности естественных и техногенных радионуклидов были применены методы альфа-, бета- и гамма-спектрометрии с использованием спектрометров AlphaAnalyst 7200-12 с PIPS детекторами, Quantulus 1220 с фотоэлектронным умножителем, BE3830 коаксиальным ОЧГ (особо чистый германий) детектором.
Также с применением растровой сканирующей электронной микроскопии на микроскопе Hitachi S3400N с ЭДС приставкой Bruker XFlash 4010 были изучены более 10 проб воздушных аэрозолей и 15 проб почвы на базе МИНОЦ им. Л.П. Рихванова «Урановая геология» НИ ТПУ с целью определения элементарных частиц изучаемых химических элементов. Минералогический состав исследуемых компонентов природной среды были определены методом рентгеновской дифрактометрии на дифрактометре Bruker D2 Phazer.
На основании полученных результатов содержания химических элементов в образцах почвы, твердого осадка снега, угля, золы и аэрозольных частиц были рассчитаны ключевые эколого-геохимические показатели.
Для образцов почвы и твердого осадка снега использовались следующие индикаторы: коэффициент концентрации (Кс), кларк концентрации (KK) (Григорьев, 2009), суммарный показатель загрязнения (Zc) (Сает, 1990), а также индекс геоаккумуляции (Igeo) (Muller, 1969), позволяющий оценить уровень техногенного воздействия относительно геохимического фона.
Для твердых частиц аэрозолей атмосферы рассчитывался коэффициент обогащения (EF), отражающий степень антропогенного влияния на воздушную среду (Soto-Jimdnez et al., 2003; Das et al., 2015).
Для образцов угля и золы применялись специальные геохимические индексы: кларк концентрации в углях (K 1ху) (Dai et al., 2015) и индекс сродства к углю (CAI — Coal Affinity Index), отражающий степень избирательного накопления микроэлементов в угленосной материи (Yudovich and Ketris, 2015).
Статистическая обработка результатов производилась с использованием программ Microsoft Excel и ПО «Statistica» (Михальчук и Язиков, 2015). Построение карта-схем осуществлялось в ПО «ArcGIS» с дополнительными модулями Geostatistical Analyst и инструментами Xtools (ArcGIS 10.8 for Desktop).
Комплексные аналитические исследования проводились в аккредитованных лабораториях согласно аттестованным методикам (ISO 17294-2:2003, 2003; ISO 172942:2016, 2016, 2016; ГОСТ Р ИСО 15202-3-2008, 2008; KZ.07.00.03351-2016, 2016).
Научная новизна работы: 1) впервые выделены три (ближняя, средняя, дальняя) зоны воздействия «Восточного следа» СИП от эпицентра взрыва до 140 км по уровням удельной активности техногенных радионуклидов (239+240Pu, 241Am) относительно фона глобальных выпадений, отношений 239+240Pu/241Am и накопления редкоземельных элементов в почвенном покрове; 2) впервые установлена специфика фракционного состава (TSP>40 мкм, PM<2.5 мкм) микроэлементов в твердых частицах аэрозолей воздуха на испытательной площадке «Опытное поле» СИП; 3) впервые изучена сезонная динамика концентраций химических элементов в PM2.5 в неотопительный и отопительный периоды в 80 км от эпицентра взрыва на территории СИП (населенный пункт Долонь); 4) впервые выявлены особенности пространственного распределения микроэлементов на территории населенного пункта Долонь в снеговом и почвенном покровах.
Положения, выносимые на защиту
1. В пределах регионального профиля «Восточный след» СИП выделяются эпицентр взрыва, ближняя (до 60 км), средняя (80-110 км) и дальняя (120-140 км) зоны воздействия по уровням удельной активности 239+240ри (выше глобальных выпадений в 28, 5, 2 и 6 раз, соответственно), 241Am (выше глобальных выпадений в 12, 4 (ближняя) и 3 раза (дальняя)), отношений 239+240Pu/241Am (11,6; 6,1 (ближняя); 9,2 (дальняя)),
концентрации легких лантаноидов в образцах почвы эпицентральной зоны (La, Ce, Pr, Nd, Sm) выше условного фона от 5 до 17 раз, тяжелых лантаноидов (Eu, Gd, Dy, Tm, Yb, Lu) - от 2 до 12 раз в почвенном покрове.
2. Для крупнодисперсных фракций твердых частиц аэрозолей воздуха (TSP) на испытательной площадке «Опытное поле» СИП выявлены элементы с различными коэффициентами обогащения: >10 - Cu, Sr, Cs, La, Ce, Pr, Nd, Pb, U; >100 - Ba, Eu; >1000 - Zn, тогда как для мелкодисперсной фракции аэрозолей (PM2.5): >10 - Sr, Cs, Ba, La, Ce, Pr, Nd, Eu, Pb и U относительно почв площадки СИП. Отличительной особенностью при этом крупнодисперсной фракции является отношение Ce/Eu более 4, при фоне 59 ед.
3. В составе твердых частиц аэрозолей воздуха (PM2.5) на территории
населенного пункта Долонь выявлены элементы индикаторы: для неотопительного периода - Cr, Mn, Th и группа редкоземельных элементов (La, Pr, Nd, Sm), для отопительного - Be, Co, Ge, Cd, Bi, причем установлены элементы, присутствующие в составе аэрозолей постоянно, это - Mg, As, Rb, Sr, Eu, Pb с коэффициентами обогащения до 100 и Cu, Zn, Ba - до 1000 единиц. Во фракции PM2.5 установлено нарушенное индикаторное отношение Ce/Eu - 25 относительно условного фона (77,3) в
неотопительный период. В почвенном покрове выявлены индикаторные элементы Cu, Pb, с коэффициентами концентрации 2,1 и 4,7 соответственно, широко распространенные по площади, при этом суммарный показатель загрязнения составляет 14,7, что соответствует низкому уровню загрязнения.
Теоретическая значимость обусловлена следующим: результаты исследования вносят весомый вклад в концепцию устойчивого развития регионов и функционирования природно-технических систем с разработкой научных основ организации геоэкологического мониторинга.
Практическая значимость заключается в использовании полученных данных для мониторинга состояния окружающей среды в районе профиля «Восточного следа» Семипалатинского испытательного полигона и прогноза экологической обстановки в регионе филиалом по Восточно-Казахстанской и Абайской областям Департамента экологического мониторинга Республиканского государственного предприятия «Казгидромет» и разработки рекомендаций по охране и рациональному использованию природных ресурсов и планирования хозяйственной деятельности на территории полигона и прилегающих районах с учетом экологических факторов для Департамента экологии по области Абай Комитета экологического регулирования и контроля Министерства экологии и природных ресурсов РК.
Достоверность и апробация результатов работы обеспечивается за счет использования современных теоретических и методических подходов в области геоэкологии и геохимии окружающей среды. Ключевую роль играет значительный объем фактических данных, который включает статистически значимое количество образцов, отобранных и подготовленных по единой методике в соответствии с нормативными документами. Анализ образцов проводился с использованием современных высокочувствительных лабораторно-аналитических методов. Все измерения выполнялись в аккредитованных лабораториях, имеющих подтвержденную квалификацию и сертификацию, что гарантирует точность, надежность и соответствие международным стандартам. Полученные результаты подвергались комплексной обработке с применением современных статистических методов и программных средств, что позволило выявить закономерности, тенденции и статистически значимые взаимосвязи между параметрами, а также провести оценку степени вариабельности и достоверности данных.
Основные материалы исследования представлены в 10 статьях и тезисах докладов, из них 3 статьи в изданиях, индексируемых международными базами данных SCOPUS и Web of Science, 1 статья в издании РК и 6 публикации в материалах конференций. Результаты диссертационной работы представлены на Региональных и Международных научных конференциях: VII Международная конференция
«Семипалатинский испытательный полигон. Радиационное наследие и перспективы развития» (Республика Казахстан, г Курчатов, 2016 г.), XV-я конференция-конкурс НИОКР молодых ученых и специалистов Национального ядерного центра Республики Казахстан (Республика Казахстан, г Курчатов, 2016 г.), VIII Международная конференция «Семипалатинский испытательный полигон: наследие и перспективы развития научнотехнического потенциала» (Республика Казахстан, г Курчатов, 2018 г.), XVII
конференция-конкурс НИОКР молодых ученых и специалистов Национального ядерного центра Республики Казахстан (Республика Казахстан, г Курчатов, 2018 г.), VII. Terrestrial Radionuclides in Environment International Conference on Environmental Protection, in person and online (Hungary, Veszprdm, 2020); VI Международная конференция «Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека» (Томск, РФ, 2021 г.).
Личный вклад автора заключается в планировании, организации и выполнении всех работ по отбору, подготовке и аналитическому изучению исследуемых компонентов природной среды (твердые частицы аэрозолей воздуха, почва, снег, уголь, зола), проведении части лабораторных исследований вышеперечисленных проб в лабораториях Института радиационной безопасности и экологии Национального ядерного центра Республики Казахстан, МИНОЦ «Урановая геология» им. Л.П. Рихванова (НИ ТПУ), статистической обработке и интерпретации полученных результатов. Написание текста и формулировка основных положений выполнялись автором по плану, согласованному с научным руководителем.
Структура и объем работы. Диссертация объемом 179 страниц состоит из введения, 6 глав, заключения, списка литературы из 286 наименований, содержит 46 рисунков, 18 таблиц и 4 приложения.
Благодарности. Автор прежде всего выражает искреннюю признательность и благодарность своему научному руководителю д.г.-м.н., профессору отделения геологии Язикову Егору Григорьевичу за помощь на всех этапах выполнения диссертации. Признательность автор выражает д.б.н. Лукашенко Сергей Николаевичу, к.б.н., PhD, начальнику лаборатории элементного анализа ИРБЭ НЯЦ РК Дюсембаевой Мадине Талгатовне за возможность проведения экспериментальных работ и за внешний контроль результатов масс-спектрометрии и атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой. Особую благодарность автор выражает коллективу лаборатории элементного анализа ИРБЭ НЯЦ РК Шакенову Е.З., Есильканову Г.М., Мухамедиярову Н.Ж., Ташековой А.Ж., Колбину В.В. за помощь в проведении аналитических работ. Автор благодарен за содействие в проведении лабораторных исследований в МИНОЦ им. Л.П. Рихванова «Урановая геология» преподавательскому составу отделения геологии ТПУ: старшему преподавателю, к.г.-м.н. С.С. Ильенку при работе на электронном сканирующем микроскопе, доценту, к.г.-м.н., Б.Р. Соктоеву - на порошковом дифрактометре. Свою признательность автор выражает к.б.н. Умарову М.А. за консультации при написании статьи. Автор признателен за помощь сотрудникам ИРБЭ НЯЦ РК, в особенности Дашук А.С., Дерепаско П., Садыкову Р., Супрунову В., Тиняеву С. за помощь в отборе проб, Серой О.В., Омархановой А., Томилову К., Монаенко В. Н. и Абишевой М. Отдельную благодарность автор выражает родным и близким за поддержку и веру во время проведения исследований и написания диссертационной работы.
На сегодняшний день на территории СИП выделяются три крупных зоны радиоактивных выпадений: «Южный след», «Юго-Восточный след» и «Восточный след» (Рисунок 1.1). Эти три радиоактивные следа образовались в результате серии атмосферных ядерных испытаний, которые проводились как наземным, так и воздушным способом на площадке «Опытное поле» в период с 1949 по 1962 годы. На указанной испытательной площадке было проведено в общей сложности 30 наземных ядерных испытаний, из которых в пяти случаях устройство не сработало, а также 86 воздушных взрывов. Именно наземные испытания играют ключевую роль в формировании радиоактивного загрязнения, поскольку при взрыве на поверхности земли возникает высокотемпературный «огненный шар», непосредственно контактирующий с грунтом. Это приводит к активации и подъему большого количества частиц почвы, которые затем переносятся воздушными потоками и постепенно оседают на территории, образуя характерный след радиоактивных выпадений (Дубасов и др., 2003). Такой механизм объясняет распределение загрязнений и служит основой для оценки экологических последствий испытаний.
Два следа («Южный» и «Юго-восточный») были обнаружены на местности в ходе аэро-гамма-спектрометрической съемки, проведенной в 1990-1991 годах, а также в результате комплексных радиоэкологических исследований, осуществляемых Институтом
радиационной безопасности и экологии НЯЦ РК с 2009 года и по настоящее время.
«Восточный» был выявлен в ходе радиоэкологического обследования территорий, прилегающих к СИП, в районе населенного пункта Долонь (Назарбаев и др., 2016).
Павлодарская
Д? >бластъ .
Казахстанская обла<
Условные обозначения
{^граница СИП
□ границы испытательных площадок---оси следов ядерных испытаний
Рисунок 1.1 - Основные 3-и масштабных следа радиоактивных выпадений СИП
След радиоактивных выпадений представляет собой зону загрязнения местности радиоактивными частицами, осевшими из облака ядерного взрыва под воздействием атмосферных процессов. Обычно такая зона имеет вытянутую форму, при этом ее ширина зависит от мощности взрыва, а длина — от направления и скорости ветра. Этот природнотехнический феномен иллюстрирует закономерности переноса и осаждения радионуклидов в приземном слое атмосферы. Третий радиоактивный след, обозначенный как «Восточный» (Рисунок 1.2), был идентифицирован в результате радиоэкологического мониторинга территорий, прилегающих к Семипалатинскому испытательному полигону, в районе населенного пункта Долонь. На территории полигона данный след выражен слабо или фрагментарно, что, по мнению (Логачев, 1997), обусловлено неблагоприятными метеорологическими условиями во время проведения испытания, включая сильный
порывистый ветер и осадки в виде дождя. Основными параметрами, характеризующими следы радиоактивных выпадений, являются радионуклидный состав, уровни активности радионуклидов, а также геометрические размеры — длина и ширина следа (Лукашенко и др., 2015).
Рисунок 1.2 - Условно выделенные границы «Восточного следа» СИП
Исследование этих зон необходимо для оценки последствий ядерных испытаний и их влияния на окружающую среду. Ведутся работы по оценке текущего уровня радиоактивного загрязнения, а также его воздействия на здоровье населения и экосистему. Однако радиация не является единственным фактором, влияющим на здоровье. Немаловажное значение имеют и химические загрязнители, такие как тяжелые металлы и токсичные элементы в почве и воздухе, которые могут существенно повлиять на состояние окружающей среды и здоровье людей. В этом контексте особое внимание стоит уделить химическому составу твердых частиц аэрозолей (PM2.5, TSP), поскольку эти вещества могут содержать не только радионуклиды, но и опасные токсичные элементы. Взвешенные вещества размером менее 2.5 микрон распространяются на большие расстояния и являются потенциальными загрязнителями основных компонентов природной среды, а также легко проникают в органы человека в процессе дыхания и при наличии вредных веществ (тяжелые металлы и радионуклиды) в них может привести к тяжелым заболеваниям (Maykut et al. 2003; Sun et al., 2014; Meng et al., 2020; Zhang et al., 2022).
В этом контексте особое внимание заслуживает «Восточный след», который является наименее исследованным среди трех радиоактивных следов. Учитывая, что исследуемая территория радиоактивных выпадений — это также район расположения малого населенного пункта Долонь, возникает необходимость в комплексной оценке потенциального радиоактивного и химического загрязнения данной территории. Важно определить участки с возможной повышенной концентрацией как искусственных, так и естественных радионуклидов, а также химических элементов в почве и твердых частицах аэрозолей воздуха.
При этом следует отметить, что радиоактивное загрязнение, вызванное выпадением радионуклидов, затронуло только верхний, поверхностный слой почвы. В частности, исследования на площадке «Опытное поле», а также по всей зоне СИП, показали, что около 90 % техногенных радионуклидов сосредоточены именно в верхнем 5 см слое почвы. Следует отметить, что любое проникновение радионуклидов на большую глубину является результатом вторичных процессов перераспределения активности, которые могут быть как природного, так и антропогенного характера (Лукашенко и др., 2015). Характер атмосферного загрязнения зависит от мощности ядерных взрывов: взрывы малого и среднего калибра в основном затрагивают тропосферу, тогда как мегатонные — преимущественно стратосферу. В связи с этим радиоактивные выпадения классифицируются на ранние (местные) и поздние (полуглобальные и глобальные). Осевшие на поверхность радионуклиды подвержены вторичному перераспределению под влиянием различных факторов, включая ветровую эрозию, водную миграцию и агротехническую деятельность (Василенко и др., 2011).
На территории СИП отсутствуют крупные промышленные объекты, что позволяет с высокой степенью уверенности считать основным источником загрязнения подстилающую почву. В зависимости от характера местности и типа поверхности, главным источником взвешенных аэрозольных частиц в воздухе выступают тонкодисперсные фракции почвы размером менее 10 мкм (Anand et al., 2025; Zhao et al., 2022; Zhang et al., 2013; Huang et al., 2024; Li et al., 2021; Bhanot et al., 2025; Lee et al., 2024; Nayebare et al., 2022; Van Der Does et al., 2018; Gubanova et al., 2020). Это особенно важно для радиационно опасных зон СИП, где в эпицентрах ядерных испытаний отмечаются максимальные концентрации искусственных радионуклидов в почве. В таких местах необходимы регулярные исследования воздушной среды для контроля динамики содержания как искусственных, так и естественных радионуклидов, а также химических элементов.
Данные исследования позволяют не только отслеживать изменения во времени, но и оценивать масштабы распространения загрязнителей в атмосферном воздухе за пределы испытательной площадки полигона. Особое внимание уделяется твердым частицам аэрозолей воздуха, таким как PM2.5 и TSP, которые содержат разнообразные радионуклиды, тяжелые металлы и другие токсичные элементы. Эти взвешенные частицы, обладая размером менее 10 микрон, способны переноситься на значительные расстояния, становясь потенциальными загрязнителями экосистем и источниками воздействия на здоровье человека (Won et al., 2024; Jain et al., 2020; Sharifi et al., 2023; Guo et al., 2021; Das et al., 2015).
Несмотря на важность данного вопроса, радионуклидный и химический состав компонентов природы «Восточного следа» СИП изучены недостаточно полно. В связи с этим возникает необходимость в проведении комплексных исследований пространственного распределения радионуклидов и химических элементов, включая твердые частицы аэрозолей воздуха, в зоне влияния радиоактивных выпадений «Восточного следа» и прилегающих территорий, в том числе населенного пункта Долонь.
Атмосферный аэрозоль представляет собой смесь твердых и жидких дисперсных частиц различного размера — от долей до сотен микрон, находящихся во взвешенном состоянии в воздухе. Благодаря своим малым размерам аэрозоли легко проникают в дыхательные пути человека, а при наличии в их составе вредных веществ, таких как тяжелые металлы и радионуклиды, способны вызывать серьезные заболевания (Liu et al., 2020; Krupnova et al., 2021; Dashtaki et al., 2025; Phimphilai et al., 2025; Ketcherside et al., 2024).
Таким образом, для оценки радиоактивного и химического загрязнения воздушной среды в районах, расположенных на следе радиоактивных выпадений, необходимы регулярные мониторинговые мероприятия и специальные уточняющие исследования. Они позволяют определить участки с повышенными концентрациями искусственных и естественных радионуклидов, а также химических элементов в почве и аэрозолях воздуха. Особенно это актуально для эпицентров ядерных испытаний на территории полигона, где регулярные исследования дают возможность проследить динамику изменений загрязнителей во времени, а специализированные уточняющие работы — оценить масштабы распространения искусственных радионуклидов в атмосфере.
Степень разработанности темы. На сегодняшний день выполнен значительный объем исследований, посвященных изучению радиационной обстановки в населенных пунктах, прилегающих к границам Семипалатинского испытательного полигона (СИП), таких как Долонь, Кайнар, Саржал, Караауыл, Мостик, Майское, Егындыбулак и Чаган (Dubasov et al., 1994; Sakaguchi et al., 2006; Gusev et al., 1997; Takada et al., 1999; Ivannikov et al., 2002; Deliglasov et al., 1991; Дубасов и др., 2003; Napoles et al., 2004; Gastberger et al., 2001; Conway et al., 2009; Lehto et al., 2006). С применением аэрокосмических и наземных методов, включая гамма-съемку, дозиметрические измерения, а также отбор и анализ проб почвы и растительности, было обследовано более 30 тыс. км2 территорий, примыкающих к границам СИП, с учетом зон воздействия радиоактивных выпадений (Yamamoto et al., 1996а; Yamamoto et al., 1996б; Yamamoto et al., 1998; Yamamoto et al., 1999; Yamamoto et al., 2002; Wendel et al., 2013; Beasley et al., 1998; Howard et al., 2005; Lukashenko et al., 2020; Рапута и др., 2016; Kvasnikova et al., 2008; Артемьев и др., 2007).
Тем не менее, «Восточный след» радиоактивных осадков рассматривался фрагментарно — преимущественно на участках с повышенными уровнями гамма- излучения, зафиксированными в ходе пешеходной гамма-съемки, а также на территориях населенных пунктов Долонь и Мостик (Stepanenko et al., 2006а; Stepanenko et al., 2006б; Imanaka et al., 2005; Imanaka et al., 2006; Imanaka et al., 2010; Джамбаев и др., 2019; Goksu et al., 2006; Sakaguchi et al., 2004; Sato et al., 2006; Yamamoto et al., 2004а; Yamamoto et al., 2004б; Yamamoto et al., 2008). При этом отсутствовал региональный подход к обследованию, не производился целенаправленный отбор проб компонентов природной среды вдоль условной оси распространения следа. Проведенные исследования, как правило, ограничивались оценкой текущих дозовых нагрузок, без учета пространственновременной динамики радиационного загрязнения. Указанные обстоятельства подчеркивают необходимость более комплексного и системного подхода к исследованию данной проблематики.
Следует также отметить, что, хотя в настоящее время имеются единичные работы, посвященные изучению радионуклидного состава фракции PM2.5 прилегающих территории и общей пыли (Lehto et al., 2003; Lehto et al., 2006; Артемьев и др., 2003; Артемьев и др., 2007; Круглыхин и др., 2018) исследования, направленные на определение ее элементного состава, практически не проводились. Аналогичная ситуация наблюдается и в отношении компонентов природной среды вдоль рассматриваемого профиля, для которых также отсутствуют данные по элементному составу.
Учет исторических особенностей пространственного распределения радиоактивных осадков позволяет более точно определять приоритетные зоны для мониторинга и анализа, что подчеркивается в ряде научных исследований (Дубасов и др., 2003). Это, в свою очередь, подтверждает необходимость комплексного подхода к радиоэкологическому обследованию как самого полигона, так и прилегающих к нему территорий.
В этой связи особую значимость приобретает задача совершенствования мониторинга на основе изучения радионуклидного и элементного составов компонентов природной среды в зоне следов радиоактивных выпадений. В частности, актуальным является исследование возможных процессов переноса почвенной пыли с подстилающей поверхности в атмосферу и, далее, в воздушное пространство близлежащих населенных пунктов. Все это определяет не только выбор темы настоящего исследования, но и подчеркивает ее высокую научную и практическую значимость.
Объектом исследования являются компоненты природной среды (фракции твердых частиц аэрозолей воздуха TSP>40 мкм, PM<2.5 мкм, почвенный и снеговой покровы), а предметом исследования - радионуклидный и элементный составы компонентов природной среды.
Целью представленной работы является оценка эколого-геохимической обстановки в зоне воздействия «Восточного следа» Семипалатинского испытательного полигона по данным изучения состава фракций твердых частиц аэрозолей воздуха, почвенного и снегового покровов.
Задачи, решавшиеся при достижении поставленной цели: 1) оценить уровни накопления естественных и техногенных радионуклидов, макро-, микроэлементов и их отношений в почвенном покрове регионального профиля в зоне воздействия «Восточного следа» СИП, протяженностью 140 км от эпицентра взрыва: 2) определить объемную активность радионуклидов, концентрацию элементов в различных фракциях твердых частиц аэрозолей воздуха (TSP, PM2.5) испытательной площадки «Опытное поле» СИП; 3) изучить изменчивость среднемесячных концентраций элементов в составе PM2.5 на территории малого населенного пункта Долонь, расположенного на расстоянии 80 км от испытательной площадки СИП в зоне воздействия «Восточного следа», в неотопительный и отопительный периоды; 4) изучить особенности элементного состава твердого осадка снега и почвенного покрова на территории населенного пункта Долонь.
Фактический материал и методы исследования. Основу диссертационной работы составил фактический материал, собранный, проанализированный и обработанный непосредственно автором и при его участии в ходе полевых исследований в период с 2015 по 2022 гг. Работы частично выполнялись в рамках научно-технической программы Республики Казахстан «Комплексное радиоэкологическое исследование населенных
пунктов Большая Владимировка и Канонерка и прилегающих территорий (40 км2)» по разделу «Оценка загрязнения тяжелыми металлами атмосферного воздуха» (2014-2016 гг.), а также научно-технической программы «Развитие атомной энергетики в Республике Казахстан» (ИРН BR09158470), тема 04.01 «Разработка методологии комплексной оценки состояния воздушного бассейна в зоне влияния объектов ЯТЦ» (2021-2023 гг.) при организационной и информационной поддержке персонала отдела аналитических исследований лаборатории элементного анализа «Института радиационной безопасности и экологии» РГП Национального ядерного центра Республики Казахстан при сотрудничестве с персоналом Международного инновационного научно
образовательного центра «Урановая геология» имени Л.П. Рихванова НИ ТПУ.
При личном участии автора всего отобрано 86 проб твердых частиц аэрозолей воздуха (PM2.5). Места отбора проб - стационарный пост Института радиационной безопасности и экологии, расположенный по адресу ул. 25-летия Октября населенного пункта Долонь и стационарный пост, расположенный в г. Курчатов. Методом шурфа в конце марта - начале апреля 2015 г. было отобрано 30 объединенных проб снега с территории населенного пункта Долонь. Летом 2015 года для более детального анализа участков, непосредственно находящихся в зоне воздействия СИП (40 км) с территории населенного пункта Долонь, были отобраны 30 проб почвы. С целью выявления возможного «привноса» некоторых химических элементов и радионуклидов с территории СИП на прилегающие территории по профилю «Восточного следа» были отобраны 14 образцов почвы с поверхностного слоя (0-5 см). С внешних границ испытательной площадки «Опытное поле» отобраны 12 проб твердых частиц аэрозолей воздуха (TSP), 12 проб тонкодисперсных фракций аэрозолей воздуха (PM2.5), по 3 пробы TSP и PM2.5 с поста 5 (г. Курчатов) и соответственно произведен сопряженный отбор проб почвы (5 объединенных проб). Также были проанализированы пробы угля (10 проб) и золы (10 проб), используемые жителями населенного пункта Долонь в качестве основного топлива для выявления вклада в формировании химического состава твердых частиц аэрозолей воздуха.
Подготовка проб компонентов природной среды (почва, твердые частицы аэрозолей воздуха, снег, уголь) осуществлялись автором в соответствии с нормативнометодическими документами (РД 52.04.186-89; ЕМЕП - European Monitoring and Evaluation Programme, 2002; СТ РК ISO 17294-1-2011, СТ РК ISO 17294-2-2006, 2006; ISO 17294-2:2003, 2003; ISO 17294-2:2016, 2016); KZ.07.00.03351-2016 - Методика
количественного химического анализа «Определение элементного состава горных пород, почв, грунтов и донных отложений атомно-эмиссионным с индуктивно связанной плазмой и масс-спектральным с индуктивно связанной плазмой методами», 2016 (ВИМС НСАМ 499-АЭС/МС); ГОСТ Р ИСО 15202-2-2014, 2014; Рабочие инструкции - «Порядок выполнения радиохимического выделения плутония-(239+240) из проб окружающей среды», 2018; «Порядок выполнения радиохимического выделения стронция-90 из проб окружающей среды», 2018; «Порядок выполнения совместного радиохимического выделения плутония-(239+240) и стронция-90 из проб окружающей среды», 2018 и разработанными работами (Рабочая инструкция «Проведение элементного анализа проб твердых частиц аэрозолей воздуха методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой на масс-спектрометре Agilent 7700X», 2018).
Определение содержания химических элементов, в том числе тяжелых металлов, редкоземельных элементов и естественных радионуклидов в основных исследуемых компонентах природы проводили методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС) с использованием квадрупольного масс-спектрометра Agilent 7700х «Agilent Technologies», а также атомно-эмиссионного спектрометра с индуктивносвязанной плазмой (ИСП-АЭС) ICAP 6000 Duo «Thermo Scientific». Для определения удельной активности естественных и техногенных радионуклидов были применены методы альфа-, бета- и гамма-спектрометрии с использованием спектрометров AlphaAnalyst 7200-12 с PIPS детекторами, Quantulus 1220 с фотоэлектронным умножителем, BE3830 коаксиальным ОЧГ (особо чистый германий) детектором.
Также с применением растровой сканирующей электронной микроскопии на микроскопе Hitachi S3400N с ЭДС приставкой Bruker XFlash 4010 были изучены более 10 проб воздушных аэрозолей и 15 проб почвы на базе МИНОЦ им. Л.П. Рихванова «Урановая геология» НИ ТПУ с целью определения элементарных частиц изучаемых химических элементов. Минералогический состав исследуемых компонентов природной среды были определены методом рентгеновской дифрактометрии на дифрактометре Bruker D2 Phazer.
На основании полученных результатов содержания химических элементов в образцах почвы, твердого осадка снега, угля, золы и аэрозольных частиц были рассчитаны ключевые эколого-геохимические показатели.
Для образцов почвы и твердого осадка снега использовались следующие индикаторы: коэффициент концентрации (Кс), кларк концентрации (KK) (Григорьев, 2009), суммарный показатель загрязнения (Zc) (Сает, 1990), а также индекс геоаккумуляции (Igeo) (Muller, 1969), позволяющий оценить уровень техногенного воздействия относительно геохимического фона.
Для твердых частиц аэрозолей атмосферы рассчитывался коэффициент обогащения (EF), отражающий степень антропогенного влияния на воздушную среду (Soto-Jimdnez et al., 2003; Das et al., 2015).
Для образцов угля и золы применялись специальные геохимические индексы: кларк концентрации в углях (K 1ху) (Dai et al., 2015) и индекс сродства к углю (CAI — Coal Affinity Index), отражающий степень избирательного накопления микроэлементов в угленосной материи (Yudovich and Ketris, 2015).
Статистическая обработка результатов производилась с использованием программ Microsoft Excel и ПО «Statistica» (Михальчук и Язиков, 2015). Построение карта-схем осуществлялось в ПО «ArcGIS» с дополнительными модулями Geostatistical Analyst и инструментами Xtools (ArcGIS 10.8 for Desktop).
Комплексные аналитические исследования проводились в аккредитованных лабораториях согласно аттестованным методикам (ISO 17294-2:2003, 2003; ISO 172942:2016, 2016, 2016; ГОСТ Р ИСО 15202-3-2008, 2008; KZ.07.00.03351-2016, 2016).
Научная новизна работы: 1) впервые выделены три (ближняя, средняя, дальняя) зоны воздействия «Восточного следа» СИП от эпицентра взрыва до 140 км по уровням удельной активности техногенных радионуклидов (239+240Pu, 241Am) относительно фона глобальных выпадений, отношений 239+240Pu/241Am и накопления редкоземельных элементов в почвенном покрове; 2) впервые установлена специфика фракционного состава (TSP>40 мкм, PM<2.5 мкм) микроэлементов в твердых частицах аэрозолей воздуха на испытательной площадке «Опытное поле» СИП; 3) впервые изучена сезонная динамика концентраций химических элементов в PM2.5 в неотопительный и отопительный периоды в 80 км от эпицентра взрыва на территории СИП (населенный пункт Долонь); 4) впервые выявлены особенности пространственного распределения микроэлементов на территории населенного пункта Долонь в снеговом и почвенном покровах.
Положения, выносимые на защиту
1. В пределах регионального профиля «Восточный след» СИП выделяются эпицентр взрыва, ближняя (до 60 км), средняя (80-110 км) и дальняя (120-140 км) зоны воздействия по уровням удельной активности 239+240ри (выше глобальных выпадений в 28, 5, 2 и 6 раз, соответственно), 241Am (выше глобальных выпадений в 12, 4 (ближняя) и 3 раза (дальняя)), отношений 239+240Pu/241Am (11,6; 6,1 (ближняя); 9,2 (дальняя)),
концентрации легких лантаноидов в образцах почвы эпицентральной зоны (La, Ce, Pr, Nd, Sm) выше условного фона от 5 до 17 раз, тяжелых лантаноидов (Eu, Gd, Dy, Tm, Yb, Lu) - от 2 до 12 раз в почвенном покрове.
2. Для крупнодисперсных фракций твердых частиц аэрозолей воздуха (TSP) на испытательной площадке «Опытное поле» СИП выявлены элементы с различными коэффициентами обогащения: >10 - Cu, Sr, Cs, La, Ce, Pr, Nd, Pb, U; >100 - Ba, Eu; >1000 - Zn, тогда как для мелкодисперсной фракции аэрозолей (PM2.5): >10 - Sr, Cs, Ba, La, Ce, Pr, Nd, Eu, Pb и U относительно почв площадки СИП. Отличительной особенностью при этом крупнодисперсной фракции является отношение Ce/Eu более 4, при фоне 59 ед.
3. В составе твердых частиц аэрозолей воздуха (PM2.5) на территории
населенного пункта Долонь выявлены элементы индикаторы: для неотопительного периода - Cr, Mn, Th и группа редкоземельных элементов (La, Pr, Nd, Sm), для отопительного - Be, Co, Ge, Cd, Bi, причем установлены элементы, присутствующие в составе аэрозолей постоянно, это - Mg, As, Rb, Sr, Eu, Pb с коэффициентами обогащения до 100 и Cu, Zn, Ba - до 1000 единиц. Во фракции PM2.5 установлено нарушенное индикаторное отношение Ce/Eu - 25 относительно условного фона (77,3) в
неотопительный период. В почвенном покрове выявлены индикаторные элементы Cu, Pb, с коэффициентами концентрации 2,1 и 4,7 соответственно, широко распространенные по площади, при этом суммарный показатель загрязнения составляет 14,7, что соответствует низкому уровню загрязнения.
Теоретическая значимость обусловлена следующим: результаты исследования вносят весомый вклад в концепцию устойчивого развития регионов и функционирования природно-технических систем с разработкой научных основ организации геоэкологического мониторинга.
Практическая значимость заключается в использовании полученных данных для мониторинга состояния окружающей среды в районе профиля «Восточного следа» Семипалатинского испытательного полигона и прогноза экологической обстановки в регионе филиалом по Восточно-Казахстанской и Абайской областям Департамента экологического мониторинга Республиканского государственного предприятия «Казгидромет» и разработки рекомендаций по охране и рациональному использованию природных ресурсов и планирования хозяйственной деятельности на территории полигона и прилегающих районах с учетом экологических факторов для Департамента экологии по области Абай Комитета экологического регулирования и контроля Министерства экологии и природных ресурсов РК.
Достоверность и апробация результатов работы обеспечивается за счет использования современных теоретических и методических подходов в области геоэкологии и геохимии окружающей среды. Ключевую роль играет значительный объем фактических данных, который включает статистически значимое количество образцов, отобранных и подготовленных по единой методике в соответствии с нормативными документами. Анализ образцов проводился с использованием современных высокочувствительных лабораторно-аналитических методов. Все измерения выполнялись в аккредитованных лабораториях, имеющих подтвержденную квалификацию и сертификацию, что гарантирует точность, надежность и соответствие международным стандартам. Полученные результаты подвергались комплексной обработке с применением современных статистических методов и программных средств, что позволило выявить закономерности, тенденции и статистически значимые взаимосвязи между параметрами, а также провести оценку степени вариабельности и достоверности данных.
Основные материалы исследования представлены в 10 статьях и тезисах докладов, из них 3 статьи в изданиях, индексируемых международными базами данных SCOPUS и Web of Science, 1 статья в издании РК и 6 публикации в материалах конференций. Результаты диссертационной работы представлены на Региональных и Международных научных конференциях: VII Международная конференция
«Семипалатинский испытательный полигон. Радиационное наследие и перспективы развития» (Республика Казахстан, г Курчатов, 2016 г.), XV-я конференция-конкурс НИОКР молодых ученых и специалистов Национального ядерного центра Республики Казахстан (Республика Казахстан, г Курчатов, 2016 г.), VIII Международная конференция «Семипалатинский испытательный полигон: наследие и перспективы развития научнотехнического потенциала» (Республика Казахстан, г Курчатов, 2018 г.), XVII
конференция-конкурс НИОКР молодых ученых и специалистов Национального ядерного центра Республики Казахстан (Республика Казахстан, г Курчатов, 2018 г.), VII. Terrestrial Radionuclides in Environment International Conference on Environmental Protection, in person and online (Hungary, Veszprdm, 2020); VI Международная конференция «Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека» (Томск, РФ, 2021 г.).
Личный вклад автора заключается в планировании, организации и выполнении всех работ по отбору, подготовке и аналитическому изучению исследуемых компонентов природной среды (твердые частицы аэрозолей воздуха, почва, снег, уголь, зола), проведении части лабораторных исследований вышеперечисленных проб в лабораториях Института радиационной безопасности и экологии Национального ядерного центра Республики Казахстан, МИНОЦ «Урановая геология» им. Л.П. Рихванова (НИ ТПУ), статистической обработке и интерпретации полученных результатов. Написание текста и формулировка основных положений выполнялись автором по плану, согласованному с научным руководителем.
Структура и объем работы. Диссертация объемом 179 страниц состоит из введения, 6 глав, заключения, списка литературы из 286 наименований, содержит 46 рисунков, 18 таблиц и 4 приложения.
Благодарности. Автор прежде всего выражает искреннюю признательность и благодарность своему научному руководителю д.г.-м.н., профессору отделения геологии Язикову Егору Григорьевичу за помощь на всех этапах выполнения диссертации. Признательность автор выражает д.б.н. Лукашенко Сергей Николаевичу, к.б.н., PhD, начальнику лаборатории элементного анализа ИРБЭ НЯЦ РК Дюсембаевой Мадине Талгатовне за возможность проведения экспериментальных работ и за внешний контроль результатов масс-спектрометрии и атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой. Особую благодарность автор выражает коллективу лаборатории элементного анализа ИРБЭ НЯЦ РК Шакенову Е.З., Есильканову Г.М., Мухамедиярову Н.Ж., Ташековой А.Ж., Колбину В.В. за помощь в проведении аналитических работ. Автор благодарен за содействие в проведении лабораторных исследований в МИНОЦ им. Л.П. Рихванова «Урановая геология» преподавательскому составу отделения геологии ТПУ: старшему преподавателю, к.г.-м.н. С.С. Ильенку при работе на электронном сканирующем микроскопе, доценту, к.г.-м.н., Б.Р. Соктоеву - на порошковом дифрактометре. Свою признательность автор выражает к.б.н. Умарову М.А. за консультации при написании статьи. Автор признателен за помощь сотрудникам ИРБЭ НЯЦ РК, в особенности Дашук А.С., Дерепаско П., Садыкову Р., Супрунову В., Тиняеву С. за помощь в отборе проб, Серой О.В., Омархановой А., Томилову К., Монаенко В. Н. и Абишевой М. Отдельную благодарность автор выражает родным и близким за поддержку и веру во время проведения исследований и написания диссертационной работы.
На территории зоны воздействия «Восточного следа» СИП по региональному профилю выявлены в образцах почв высокие значения удельной активности техногенных радионуклидов 239+240Pu, 241Am относительно фона глобальных выпадений, которые равны для эпицентра (239+240ри и 241Am) 110 и 9,5 соответственно, для ближней зоны - 20,0 и 3,3, для средней - 9,2 и меньше <0,1, для дальней - 24 и 2,6 (Бк/кг).
По величине индикаторных отношений радионуклидов (239+240Pu/241Am), определены зоны воздействия радиоактивного следа: эпицентр, ближняя, средняя и дальняя зоны. На этих зонах установлены нарушенные 239+240Pu/241Am индикаторные отношения, которые в эпицентре взрыва равны - 11,6 единицам, в ближней зоне - 6,1, в дальней - 9,2, которые значительно превышают фоновые значения, обусловленные глобальными выпадениями (5,0). Также определены значения индикаторных отношений 90Sr/137Cs, которые равны для эпицентра - 0,14, ближней зоны - 0,12, средней - 0,17 и дальней - 0,16, при фоне 0,6.
Неравномерное распределение радиоактивных осадков указывает на мозаичный характер загрязнения, обусловленный как первичным выпадением радиоактивных веществ, так и их последующей миграцией под воздействием природных факторов. Долговременная стабильность этих загрязненных участков подчеркивает необходимость продолжения исследований и мониторинга для оценки их влияния на окружающую среду и потенциальных рисков для экосистем и здоровья населения.
Для разных участков территории зоны воздействия «Восточного следа» наблюдается также особенность пространственного распределения содержания редкоземельных элементов. Отмечены высокие содержания группы РЗЭ в составе почвы, отобранной непосредственно с территории СИП (ближняя зона).
Во фракциях твердых частиц аэрозолей воздуха (TSP, PM2.5) испытательной площадки «Опытное поле» установлены различные степени обогащения химическими элементами. Так, для крупнодисперсной фракции TSP характерен аномально высокий уровень обогащения Zn, Ba и Eu с EF >100 и умеренный уровень обогащения Си (>10). Обе фракций умеренно обогащены элементами - Sr, Cs, La, Ce, Pr, Nd, Pb, U и PM2.5 дополнительно Ba.
В местах отбора проб испытательной площадки «Опытное поле» наблюдается предельное обогащение TSP содержанием Ba и Eu со значениями EF более 500, а также Zn более 2000 единиц, что указывает на антропогенные и природные источники.
На условно фоновой территории г. Курчатов исследуемые фракции аэрозолей воздуха в свою очередь аномально обогащены Zn (значение EF >100 для TSP) и Eu (EF =100 для PM2.5), для обеих фракции умеренно обогащены - Sr, Cs, La, Ce, Pr, Nd, U (значение EF >10), тогда как для TSP есть еще умеренное обогащение содержанием Cu с EF>10.
Полученные значения индикаторного отношения Ce/Eu (4) в аэрозолях TSP испытательной площадки «Опытное поле» свидетельствуют о существенном техногенном нарушении природного распределения редкоземельных элементов.
Химический состав атмосферных аэрозолей в районе населенного пункта Долонь имеет выраженную сезонную специфику, отражающую влияние как природных, так и техногенных факторов. Сезонная изменчивость содержания химических элементов в атмосфере населенного пункта Долонь зависит от 2-х факторов: почвенная эрозия и сжигание твердого топлива, т.е. максимальный сезонный вклад таких источников, как выбросы в атмосферу в процессе сжигания угля, наблюдался зимой, тогда как вклад почвенной пыли, был выше летом. Также анализ полученных данных показал, что в пробах воздушных аэрозолей превышения предельно допустимых концентраций среднесуточного содержания химических элементов не обнаружено.
Основным источником поступления РЗЭ является процесс сжигания твердого топлива, прежде всего угля месторождения «Каражыра», зольные остатки которого характеризуются повышенным содержанием микроэлементов и редкоземельных соединений. В то же время, по результатам анализа атмосферных аэрозолей фракции PM2.5, проведенного в отопительный период, РЗЭ в составе мелкодисперсных частиц обнаружены не были, что, вероятно, связано с их удержанием в более тяжелых фракциях золы, оседающих вблизи источников выбросов. Это подтверждает гипотезу о локальном характере загрязнения и преимущественном поступлении РЗЭ в почву через твердофазные остатки горения, а не воздушную транспортировку.
При нормировании содержания редкоземельных элементов в составе мелкой фракций аэрозолей воздуха н.п Долонь относительно хондрита (Taylor, 1995) выявлено нарушенное отношение по Eu, что также предполагает дополнительный его источник поступления, тогда как, нормирование элементного состава почв к хондриту позволило установить их преимущественно природное происхождение. Химические соотношения микроэлементов соответствуют фоновым значениям, характерным для естественных геохимических условий, без признаков значительного техногенного влияния. Это подтверждает, что формирование почвенного профиля происходило в условиях, близких к естественным, с доминированием литогенного фактора. Расчеты суммарного показателя загрязнения (Zc) показали, что почвы н.п. Долонь имеют низкую степень загрязнения (Zc = 14,7).
Обобщая результаты проведенных исследований, можно заключить, что почвы населенного пункта Долонь в целом формировались в условиях, близких к естественным, и характеризуются природным минеральным и элементным составом, природным изотопным соотношением урана, не превышающим допустимых нормативов. Средние содержания большинства химических элементов соответствуют фоновым значениям. Полученные данные подчеркивают необходимость учета минерального и элементного состава золы как одного из значимых факторов, влияющих на экологическое состояние почвенной среды в условиях использования угольного топлива.
По величине индикаторных отношений радионуклидов (239+240Pu/241Am), определены зоны воздействия радиоактивного следа: эпицентр, ближняя, средняя и дальняя зоны. На этих зонах установлены нарушенные 239+240Pu/241Am индикаторные отношения, которые в эпицентре взрыва равны - 11,6 единицам, в ближней зоне - 6,1, в дальней - 9,2, которые значительно превышают фоновые значения, обусловленные глобальными выпадениями (5,0). Также определены значения индикаторных отношений 90Sr/137Cs, которые равны для эпицентра - 0,14, ближней зоны - 0,12, средней - 0,17 и дальней - 0,16, при фоне 0,6.
Неравномерное распределение радиоактивных осадков указывает на мозаичный характер загрязнения, обусловленный как первичным выпадением радиоактивных веществ, так и их последующей миграцией под воздействием природных факторов. Долговременная стабильность этих загрязненных участков подчеркивает необходимость продолжения исследований и мониторинга для оценки их влияния на окружающую среду и потенциальных рисков для экосистем и здоровья населения.
Для разных участков территории зоны воздействия «Восточного следа» наблюдается также особенность пространственного распределения содержания редкоземельных элементов. Отмечены высокие содержания группы РЗЭ в составе почвы, отобранной непосредственно с территории СИП (ближняя зона).
Во фракциях твердых частиц аэрозолей воздуха (TSP, PM2.5) испытательной площадки «Опытное поле» установлены различные степени обогащения химическими элементами. Так, для крупнодисперсной фракции TSP характерен аномально высокий уровень обогащения Zn, Ba и Eu с EF >100 и умеренный уровень обогащения Си (>10). Обе фракций умеренно обогащены элементами - Sr, Cs, La, Ce, Pr, Nd, Pb, U и PM2.5 дополнительно Ba.
В местах отбора проб испытательной площадки «Опытное поле» наблюдается предельное обогащение TSP содержанием Ba и Eu со значениями EF более 500, а также Zn более 2000 единиц, что указывает на антропогенные и природные источники.
На условно фоновой территории г. Курчатов исследуемые фракции аэрозолей воздуха в свою очередь аномально обогащены Zn (значение EF >100 для TSP) и Eu (EF =100 для PM2.5), для обеих фракции умеренно обогащены - Sr, Cs, La, Ce, Pr, Nd, U (значение EF >10), тогда как для TSP есть еще умеренное обогащение содержанием Cu с EF>10.
Полученные значения индикаторного отношения Ce/Eu (4) в аэрозолях TSP испытательной площадки «Опытное поле» свидетельствуют о существенном техногенном нарушении природного распределения редкоземельных элементов.
Химический состав атмосферных аэрозолей в районе населенного пункта Долонь имеет выраженную сезонную специфику, отражающую влияние как природных, так и техногенных факторов. Сезонная изменчивость содержания химических элементов в атмосфере населенного пункта Долонь зависит от 2-х факторов: почвенная эрозия и сжигание твердого топлива, т.е. максимальный сезонный вклад таких источников, как выбросы в атмосферу в процессе сжигания угля, наблюдался зимой, тогда как вклад почвенной пыли, был выше летом. Также анализ полученных данных показал, что в пробах воздушных аэрозолей превышения предельно допустимых концентраций среднесуточного содержания химических элементов не обнаружено.
Основным источником поступления РЗЭ является процесс сжигания твердого топлива, прежде всего угля месторождения «Каражыра», зольные остатки которого характеризуются повышенным содержанием микроэлементов и редкоземельных соединений. В то же время, по результатам анализа атмосферных аэрозолей фракции PM2.5, проведенного в отопительный период, РЗЭ в составе мелкодисперсных частиц обнаружены не были, что, вероятно, связано с их удержанием в более тяжелых фракциях золы, оседающих вблизи источников выбросов. Это подтверждает гипотезу о локальном характере загрязнения и преимущественном поступлении РЗЭ в почву через твердофазные остатки горения, а не воздушную транспортировку.
При нормировании содержания редкоземельных элементов в составе мелкой фракций аэрозолей воздуха н.п Долонь относительно хондрита (Taylor, 1995) выявлено нарушенное отношение по Eu, что также предполагает дополнительный его источник поступления, тогда как, нормирование элементного состава почв к хондриту позволило установить их преимущественно природное происхождение. Химические соотношения микроэлементов соответствуют фоновым значениям, характерным для естественных геохимических условий, без признаков значительного техногенного влияния. Это подтверждает, что формирование почвенного профиля происходило в условиях, близких к естественным, с доминированием литогенного фактора. Расчеты суммарного показателя загрязнения (Zc) показали, что почвы н.п. Долонь имеют низкую степень загрязнения (Zc = 14,7).
Обобщая результаты проведенных исследований, можно заключить, что почвы населенного пункта Долонь в целом формировались в условиях, близких к естественным, и характеризуются природным минеральным и элементным составом, природным изотопным соотношением урана, не превышающим допустимых нормативов. Средние содержания большинства химических элементов соответствуют фоновым значениям. Полученные данные подчеркивают необходимость учета минерального и элементного состава золы как одного из значимых факторов, влияющих на экологическое состояние почвенной среды в условиях использования угольного топлива.
