ХИМИЧЕСКИЕ ПОЛЛЮТАНТЫ В СИСТЕМЕ «ДОННЫЕ ОТЛОЖЕНИЯ - ВОДА - МАКРОФИТЫ». В ОЗЕРНОЙ ЭКОСИСТЕМЕ МАЛЫЕ КИРПИЧИКИ
|
ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1 ЗАГРЯЗНЕНИЕ ТЕРРИТОРИИ УРАЛЬСКОГО РЕГИОНА
ХИМИЧЕСКИМИ ПОЛЛЮТАНТАМИ (ДОЛГОЖИВУЩИМИ РАДИОНУКЛИДАМИ) 6
1.1 Источники поступления долгоживущих радионуклидов в
биосферу Уральского региона 7
1.2 Экологические и социальные последствия загрязнения
озерных экосистем долгоживущими радионуклидами 9
1.3 Исследователи пострадавшей территории 11
Выводы по первой главе 13
ГЛАВА 2 ИССЛЕДОВАНИЕ НАКОПЛЕНИЯ ДОЛГОЖИВУЩИХ РАДИОНУКЛИДОВ В ВОДЕ, ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ И МАКРОФИТАХ ОЗЕРНОЙ ЭКОСИСТЕМЫ МАЛЫЕ КИРПИЧИКИ 14
2.1 Материалы и методы исследования 14
2.2 Основные гидрохимические показатели и содержание
долгоживущих радионуклидов в воде озера Малые Кирпичики 17
2.3 Долгоживущие радионуклиды в макрофитах озерной
экосистемы Малые Кирпичики 19
2.4 Долгоживущие радионуклиды в донных отложениях озерной
экосистемы Малые Кирпичики 21
2.5 Взаимосвязь компонентов озерной экосистемы Малые
Кирпичики 23
Выводы по второй главе 26
ГЛАВА 3 ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОЕКТНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
ОБУЧАЮЩИХСЯ В СТАРШЕЙ ШКОЛЕ 27
Выводы по третьей главе 42
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 43
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 45
ПРИЛОЖЕНИЕ
ГЛАВА 1 ЗАГРЯЗНЕНИЕ ТЕРРИТОРИИ УРАЛЬСКОГО РЕГИОНА
ХИМИЧЕСКИМИ ПОЛЛЮТАНТАМИ (ДОЛГОЖИВУЩИМИ РАДИОНУКЛИДАМИ) 6
1.1 Источники поступления долгоживущих радионуклидов в
биосферу Уральского региона 7
1.2 Экологические и социальные последствия загрязнения
озерных экосистем долгоживущими радионуклидами 9
1.3 Исследователи пострадавшей территории 11
Выводы по первой главе 13
ГЛАВА 2 ИССЛЕДОВАНИЕ НАКОПЛЕНИЯ ДОЛГОЖИВУЩИХ РАДИОНУКЛИДОВ В ВОДЕ, ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ И МАКРОФИТАХ ОЗЕРНОЙ ЭКОСИСТЕМЫ МАЛЫЕ КИРПИЧИКИ 14
2.1 Материалы и методы исследования 14
2.2 Основные гидрохимические показатели и содержание
долгоживущих радионуклидов в воде озера Малые Кирпичики 17
2.3 Долгоживущие радионуклиды в макрофитах озерной
экосистемы Малые Кирпичики 19
2.4 Долгоживущие радионуклиды в донных отложениях озерной
экосистемы Малые Кирпичики 21
2.5 Взаимосвязь компонентов озерной экосистемы Малые
Кирпичики 23
Выводы по второй главе 26
ГЛАВА 3 ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОЕКТНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
ОБУЧАЮЩИХСЯ В СТАРШЕЙ ШКОЛЕ 27
Выводы по третьей главе 42
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 43
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 45
ПРИЛОЖЕНИЕ
Актуальность. Водоемы - это сложные биосистемы, особенностью которых является значительная устойчивость. Поддержание баланса в них достигается за счет постоянной перестройки, изменения структуры компонентов в процессе саморегуляции [41]. Воздействие на один компонент вызывает изменения во всей системе. Такими факторами воздействия являются химические поллютанты, источниками которых могут выступать радиоактивные и тепловые сбросы, удобрения, пестициды, смазочные материалы, моющие средства, соли тяжелых металлов [10]. Ввиду того, что на территории, прилежащей к исследуемому водоему Малые Кирпичики, промышленных объектов нет, и загрязнение его обусловлено в большей мере радиоактивными выбросами аварий 1957 и 1967 гг., то основным фактором загрязнения, рассматриваемым в данной работе, являются долгоживущие радионуклиды 90Sr и 137Cs.
XXI век стал наследником века «мирного атома», когда активно разрабатывались и использовались новейшие виды энергии, главным образом атомной. Радиоактивные вещества являются одним из опаснейших загрязнителей гидросферы. В замкнутые водоемы, такие как озера, они попадают в результате аварий на предприятиях ядерно- топливного цикла. Подобные вещества опасны, прежде всего, тем, что их воздействие носит долговременный характер (например, долгоживущие радионуклиды 90Sr и 137Cs). Эти вещества могут также попадать в организм человека, как по пищевым цепям, так и при купании.
Такие аккумулятивные формы ландшафта требуют пристального внимания при проведении мониторинговых работ, так как помимо сосредоточения загрязнителей, они являются частью хозяйственной и бытовой деятельности человека. В целях стабилизации неблагоприятной экологической обстановки Уральского региона необходима реализация мер по усовершенствованию технологий эксплуатации природных ресурсов, повышению эффективности действующих систем очистки, но в особенности систем безопасности технологических процессов промышленных объектов.
С момента инцидента прошло уже более 60 лет и уровень изначального загрязнения известен, однако отсутствует информация о радиоэкологическом состоянии озерной экосистемы Малые Кирпичики на современном этапе развития. Учитывая динамический характер накопления, распределения и миграции загрязняющих веществ в водных экосистемах, становится очевидной необходимость всестороннего исследования и контроля экологической ситуации в водоемах зоны ВУРСа.
Цель - исследование радиоэкологического состояния озерной экосистемы Малые Кирпичики в системе «донные отложения - вода - макрофиты».
Задачи исследования.
1. Рассмотреть степень изученности проблемы.
2. Определить гидрохимический состав и активность долгоживущих радионуклидов в воде, донных отложениях и макрофитах озерной экосистемы Малые Кирпичики.
3. Установить особенности накопления долгоживущих радионуклидов в исследуемых компонентах озера Малые Кирпичики .
4. Оценить эффективность организации научно-исследовательской деятельности в рамках реализации проектной работы обучающихся на тему «Химические поллютанты в системе «донные отложения - вода - макрофиты» озера Курлады».
Объект исследования - система «донные отложения - вода - макрофиты» озерной экосистемы Малые Кирпичики (ближняя зона ВУРСа).
Предмет исследования - содержание химических поллютантов, в частности, долгоживущих радионуклидов в системе «донные отложения - вода - макрофиты» данной озерной экосистемы ВУРСа.
Научная новизна - определены особенности накопления и распределения долгоживущих радионуклидов в системе «донные отложения - вода - макрофиты» озерной экосистемы Малые Кирпичики.
Практическая значимость - в результате выполнения исследовательской работы был определен современный уровень удельной и объемной активности долгоживущих радионуклидов 90Sr и 137Cs в некоторых компонентах озерной экосистемы Малые Кирпичики, а также содержание некоторых других химических поллютантов. Полученные данные позволяют уточнить особенности накопления и перераспределения долгоживущих радионуклидов в природных водоемах, а также оценить возможность возврата данной озерной экосистемы в хозяйственную деятельность.
Апробация работы - основные положения работы были представлены на Всероссийской научной конференции «Человек и окружающая среда: экология, здоровье, образование» (г. Саранск, 2019 г.); докладывались и обсуждались на XXI международной экологической студенческой конференции «Экология России и сопредельных территорий» (г. Новосибирск, 2016 г.); общее количество публикаций и конкурсных работ в исследуемой области - 31.
XXI век стал наследником века «мирного атома», когда активно разрабатывались и использовались новейшие виды энергии, главным образом атомной. Радиоактивные вещества являются одним из опаснейших загрязнителей гидросферы. В замкнутые водоемы, такие как озера, они попадают в результате аварий на предприятиях ядерно- топливного цикла. Подобные вещества опасны, прежде всего, тем, что их воздействие носит долговременный характер (например, долгоживущие радионуклиды 90Sr и 137Cs). Эти вещества могут также попадать в организм человека, как по пищевым цепям, так и при купании.
Такие аккумулятивные формы ландшафта требуют пристального внимания при проведении мониторинговых работ, так как помимо сосредоточения загрязнителей, они являются частью хозяйственной и бытовой деятельности человека. В целях стабилизации неблагоприятной экологической обстановки Уральского региона необходима реализация мер по усовершенствованию технологий эксплуатации природных ресурсов, повышению эффективности действующих систем очистки, но в особенности систем безопасности технологических процессов промышленных объектов.
С момента инцидента прошло уже более 60 лет и уровень изначального загрязнения известен, однако отсутствует информация о радиоэкологическом состоянии озерной экосистемы Малые Кирпичики на современном этапе развития. Учитывая динамический характер накопления, распределения и миграции загрязняющих веществ в водных экосистемах, становится очевидной необходимость всестороннего исследования и контроля экологической ситуации в водоемах зоны ВУРСа.
Цель - исследование радиоэкологического состояния озерной экосистемы Малые Кирпичики в системе «донные отложения - вода - макрофиты».
Задачи исследования.
1. Рассмотреть степень изученности проблемы.
2. Определить гидрохимический состав и активность долгоживущих радионуклидов в воде, донных отложениях и макрофитах озерной экосистемы Малые Кирпичики.
3. Установить особенности накопления долгоживущих радионуклидов в исследуемых компонентах озера Малые Кирпичики .
4. Оценить эффективность организации научно-исследовательской деятельности в рамках реализации проектной работы обучающихся на тему «Химические поллютанты в системе «донные отложения - вода - макрофиты» озера Курлады».
Объект исследования - система «донные отложения - вода - макрофиты» озерной экосистемы Малые Кирпичики (ближняя зона ВУРСа).
Предмет исследования - содержание химических поллютантов, в частности, долгоживущих радионуклидов в системе «донные отложения - вода - макрофиты» данной озерной экосистемы ВУРСа.
Научная новизна - определены особенности накопления и распределения долгоживущих радионуклидов в системе «донные отложения - вода - макрофиты» озерной экосистемы Малые Кирпичики.
Практическая значимость - в результате выполнения исследовательской работы был определен современный уровень удельной и объемной активности долгоживущих радионуклидов 90Sr и 137Cs в некоторых компонентах озерной экосистемы Малые Кирпичики, а также содержание некоторых других химических поллютантов. Полученные данные позволяют уточнить особенности накопления и перераспределения долгоживущих радионуклидов в природных водоемах, а также оценить возможность возврата данной озерной экосистемы в хозяйственную деятельность.
Апробация работы - основные положения работы были представлены на Всероссийской научной конференции «Человек и окружающая среда: экология, здоровье, образование» (г. Саранск, 2019 г.); докладывались и обсуждались на XXI международной экологической студенческой конференции «Экология России и сопредельных территорий» (г. Новосибирск, 2016 г.); общее количество публикаций и конкурсных работ в исследуемой области - 31.
Таким образом, аварии, произошедшие на Урале во второй половине XX в., привели к масштабному загрязнению окружающей среды. В ходе работы были выявлены общие особенности процессов аккумуляции 90Sr и 137Cs в исследуемых компонентах озерной экосистемы Малые Кирпичики.
1. На современное радиоэкологическое состояние оз. Малые Кирпичики оказала влияние не только Кыштымская авария 1957 г., но и ветровой разнос радиоактивной пыли с береговой линии оз. Карачай 1967 г., образовавший Карачаевский радиоактивный след.
2. Содержание основных ионов в воде озера, как правило, не превышает предельно-допустимых концентраций.
3. Сопоставляя современные уровни объемной активности водной массы водоема с уровнем вмешательства, можно отметить, что вода озера не требует дополнительной очистки от радионуклидов.
4. По распределению 90Sr в колонке донных отложений следует отметить, что до 42% его удельной активности сосредоточено на глубине 28 - 63 см, что указывает на его высокую миграционную способность и превалирующее содержание в выбросах аварии 1957 г.
5. По распределению 137Cs в колонке донных отложений следует отметить, что до 96% его удельной активности сосредоточено на глубине до 28 см, что обусловлено в том числе составом выпавшей радионуклидной смеси аварии 1967 г.
6. Наибольшие значения удельной активности долгоживущих радионуклидов 90Sr и 137Cs были выявлены в образцах видов рогоз широколистный и телорез алоэвидный.
7. Особенности миграции радионуклидов в донных отложениях озер обусловлены первоначальным уровнем загрязнения, составом воды и сорбционной способностью донных отложений и высшей водной растительности.
8. Преобладание 137Cs в верхних слоях донных отложений возникло из-за добавочного воздействия аварии 1967 г., формируя, отклоняющееся от закономерного для ВУРСа, соотношение долгоживущих радионуклидов 90Sr и 137Cs.
9. На загрязненной радионуклидами территории возможно выделить три характерных типа загрязнения - ВУРС, Карачаевский радиоактивный след, двойное загрязнение.
10. По результатам оценки исследовательского проекта была выявлена высокая степень эффективности его реализации (85%), что подтверждено результатами выступлений на городской и региональной научно-практических конференциях.
11. Эффективность проектной деятельности обусловлена четкой траекторией обучения, которая позволяет осознать сообразность применяемых методик.
Установленные физико-химические показатели воды оз. Малые Кирпичики являются естественными и не препятствуют ее использованию в целях нецентрализованного водоснабжения. В целом вода исследуемого водоема может считаться безопасной по содержанию 90Sr и 137Cs. В исследованиях макрофитов оз. Малые Кирпичики было выявлено отношение некоторых представителей высшей водной растительности к радиоактивному загрязнению, референтными в данном отношении являются телорез алоэвидный и рогоз широколистный.
Макрофиты и донные отложения в озерной экосистеме играют роль аккумулирующих радионуклиды компонентов, следовательно, одним из условий использования данного объекта является отсутствие нарушений структурной целостности донных отложений. Анализ радиоэкологического состояния экосистемы позволяет утверждать, что наибольшую опасность составляют донные отложения.
1. На современное радиоэкологическое состояние оз. Малые Кирпичики оказала влияние не только Кыштымская авария 1957 г., но и ветровой разнос радиоактивной пыли с береговой линии оз. Карачай 1967 г., образовавший Карачаевский радиоактивный след.
2. Содержание основных ионов в воде озера, как правило, не превышает предельно-допустимых концентраций.
3. Сопоставляя современные уровни объемной активности водной массы водоема с уровнем вмешательства, можно отметить, что вода озера не требует дополнительной очистки от радионуклидов.
4. По распределению 90Sr в колонке донных отложений следует отметить, что до 42% его удельной активности сосредоточено на глубине 28 - 63 см, что указывает на его высокую миграционную способность и превалирующее содержание в выбросах аварии 1957 г.
5. По распределению 137Cs в колонке донных отложений следует отметить, что до 96% его удельной активности сосредоточено на глубине до 28 см, что обусловлено в том числе составом выпавшей радионуклидной смеси аварии 1967 г.
6. Наибольшие значения удельной активности долгоживущих радионуклидов 90Sr и 137Cs были выявлены в образцах видов рогоз широколистный и телорез алоэвидный.
7. Особенности миграции радионуклидов в донных отложениях озер обусловлены первоначальным уровнем загрязнения, составом воды и сорбционной способностью донных отложений и высшей водной растительности.
8. Преобладание 137Cs в верхних слоях донных отложений возникло из-за добавочного воздействия аварии 1967 г., формируя, отклоняющееся от закономерного для ВУРСа, соотношение долгоживущих радионуклидов 90Sr и 137Cs.
9. На загрязненной радионуклидами территории возможно выделить три характерных типа загрязнения - ВУРС, Карачаевский радиоактивный след, двойное загрязнение.
10. По результатам оценки исследовательского проекта была выявлена высокая степень эффективности его реализации (85%), что подтверждено результатами выступлений на городской и региональной научно-практических конференциях.
11. Эффективность проектной деятельности обусловлена четкой траекторией обучения, которая позволяет осознать сообразность применяемых методик.
Установленные физико-химические показатели воды оз. Малые Кирпичики являются естественными и не препятствуют ее использованию в целях нецентрализованного водоснабжения. В целом вода исследуемого водоема может считаться безопасной по содержанию 90Sr и 137Cs. В исследованиях макрофитов оз. Малые Кирпичики было выявлено отношение некоторых представителей высшей водной растительности к радиоактивному загрязнению, референтными в данном отношении являются телорез алоэвидный и рогоз широколистный.
Макрофиты и донные отложения в озерной экосистеме играют роль аккумулирующих радионуклиды компонентов, следовательно, одним из условий использования данного объекта является отсутствие нарушений структурной целостности донных отложений. Анализ радиоэкологического состояния экосистемы позволяет утверждать, что наибольшую опасность составляют донные отложения.