Процессы транспорта и аккумуляции антропогенных радионуклидов в Черном море

The transport and accumulation processes of the anthropogenic radionuclides in the Black Sea

Есин Н.В., Крыленко В.В.

Nikolay V. Esin, Vyacheslav V. Krylenko
 

Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Южное отделение (Геленджик, Россия)

Shirshov Institute of Oceanology RAS (Moscow, Russia)
 

УДК 55+577.4 

На основе данных, полученных в рамках международного проекта МАГАТЭ RER/2/003, анализируется механизм транспорта и аккумуляции радионуклидов антропогенного происхождения (¹³⁷Cs) в Черном море. Показаны особенности седиментации загрязненной радионуклидами взвеси для шельфа, континентального склона и абиссальной равнины. Дана оценка величины накопленного на различных участках дна моря ¹³⁷Cs. На примере закономерностей транспорта и седиментации радионуклидов проведены аналогии с подобным процессом у пассивных взвесей, поступающих в море. Отмечено влияние экстремальных природных явлений на описанные процессы.

Ключевые слова: антропогенные радионуклиды; Черное море; загрязняющие вещества; транспорт; миграция; седиментация; взвесь; суспензионный поток.

The mechanism of transport and accumulation of anthropogenic radionuclides (¹³⁷Cs) in the Black Sea is analyzed on the basis of data obtained within the framework of the IAEA international project RER/2/003. The features of the sedimentation of the contaminated suspended matter to the shelf, the continental slope and the abyssal plain. The estimation of the value of ¹³⁷Cs accumulated on different parts of the sea bottom is given. On the example of transport and sedimentation patterns of radionuclides, analogies with a similar process in passive suspensions entering the sea are carried out. The influence of extreme natural phenomena on the described processes is noted.

Keywords: anthropogenic radionuclides; Black Sea; pollutants; transport; migration; sedimentation; suspension; suspension flow.

Введение

В середине XX века началось интенсивное загрязнение геосистемы Черного моря радионуклидами антропогенного происхождения. После массовых испытаний ядерного оружия в атмосфере и Чернобыльской катастрофы в короткий промежуток времени большой объем радионуклидов выпал на акваторию Черного моря из атмосферы. Затем, в течение несколько более продолжительного времени, радионуклиды поступали в море с поверхностным стоком (куда они попадали непосредственно из атмосферы). В настоящее время накопленные на водосборе радионуклиды продолжают поступать в море в результате денудационных процессов. Эти три источника создали сложную картину распределения радионуклидов в черноморских осадках. Тем не менее, представляется возможным установить некоторые закономерности, касающиеся как глобального процесса загрязнения моря радионуклидами, так и локальных процессов их миграции и аккумуляции в прибрежных геосистемах.

Наибольший объем натурных исследований процессов радиоактивного загрязнения Черного моря был выполнен в рамках международного проекта МАГАТЭ RER/2/003. Во время экспедиций был собран обширный материал, характеризующий скорость осаждения радионуклидов в море и интенсивность загрязнения ими морского дна. Помимо этого, получен материал, раскрывающий механизм процесса седиментации в море и заполнения осадком глубоководной котловины. Эти работы выполнены сотрудниками Южного отделения Института океанологии РАН, Украинского гидрометеорологического центра и Химического факультета МГУ. Полученные результаты позволили оценить интенсивность процесса седиментации радионуклидов на российском шельфе.

По результатам перечисленных выше исследований оказалось возможным выявить некоторые закономерности процессов загрязнения радионуклидами морской воды и осадка Черного моря и качественно оценить механизм глобального загрязнения Черного моря радионуклидами. Некоторые из этих закономерностей могут быть присущи также процессам загрязнения моря другими природными и антропогенными загрязняющими веществами (ЗВ). Анализ материалов позволил также сделать некоторые выводы об особенностях процесса седиментации взвеси на шельфе и континентальном склоне. Приведены данные о скорости осадкообразования на различных участках шельфа, континентального склона и абиссальной равнины Черного моря.

6–7 июля 2012 г. на территории нескольких районов Краснодарского края прошли ливневые дожди экстремальной силы. Вследствие выпадения менее чем за сутки почти полугодового количества осадков произошел залповый вынос жидкого и твердого стока в береговую зону Черного моря. Анализ последствий данного природного явления показал, что процесс осадконакопления (в том числе радионуклидов и других ЗВ) может иметь значительные флуктуации, связанные с прохождением экстремальных природных явлений.
 

Современные процессы загрязнения Черного моря радионуклидами

Загрязнение Черного моря радионуклидами началось в середине XX века и продолжается до настоящего времени. Первыми источниками поступления антропогенных радионуклидов стали испытания ядерного оружия, начавшиеся в 1945 г. В последующие годы проведено в общей сложности более 2000 взрывов атомных и термоядерных зарядов, наибольшее количество радионуклидов поступало в атмосферу при взрывах в атмосфере, которых было проведено более 500. СССР, США и Великобритания прекратили испытания в атмосфере в 1962 г., Франция в 1974 г., Китай в 1981 г., Индия и Пакистан продолжали испытания практически до настоящего времени. Пик поступления радионуклидов в атмосферу пришелся на 1962 г., в это время основным механизмом поступления радионуклидов в Черное море был перенос воздушными потоками. Часть радионуклидов выпадала непосредственно на поверхность Черного моря, некоторый их объем поступал с речным стоком.

26 мая 1986 г. произошел взрыв атомного реактора на Чернобыльской АЭС. В атмосферу был выброшен громадный объем радионуклидов. Атмосферными потоками они разнесены по территориям Украины, Белоруссии, России и других стран. Значительная часть радионуклидов опустилась непосредственно на поверхность Черного моря. Вторая волна поступления радионуклидов была связана с приходом поверхностного стока с бассейна Черного моря, непосредственно загрязненного оседающими радионуклидами. Этими двумя «порциями» была доставлена в Черное море основная часть радионуклидов, попавших в атмосферу и поверхностные воды непосредственно после аварии. В дальнейшем поступление радионуклидов Чернобыльского происхождения в Черное море не прекратилось, поскольку начался процесс постепенного вымывания поверхностными водами радионуклидов, осевших на суше. Крупные реки Дунай и Днепр, дренирующие наиболее загрязненные территории, стали крупнейшими источниками радионуклидов для Черного моря. Со временем концентрация радионуклидов в речной воде снижалась, тем не менее продолжающийся вклад рек в общее загрязнение Черного моря остается значительным.

Все поступившие в море радионуклиды постепенно оседают на дно. Практически все радионуклиды рассматриваемого региона на начальном этапе своей миграции перемещались через атмосферу, общим фактором, определяющим их дальнейшие перемещения, стал малый размер частиц. Такая взвесь, попав в воду, чрезвычайно медленно оседает. Время и место этого оседания значительно варьируют в зависимости от характера и мощности источника поступления, а также от места поступления радионуклидов в морскую воду (гидрологического режима и строения рельефа дна вблизи источника). Имеются три основные ситуации:

• источник поступления очень мощный (реки Дунай, Днепр) или расположен вблизи континентального склона (реки Кавказского и южного побережий), значительные объемы загрязненной радионуклидами взвеси поступают на кромку шельфа;
• источник поступления загрязненной радионуклидами взвеси небольшой мощности и расположен на побережье шельфа, загрязненная вода не достигает бровки шельфа;
• поступление загрязненной взвеси из атмосферы непосредственно в море.

Радионуклиды, вынесенные крупными реками в море, большей частью вовлекаются в Основное Черноморское течение (ОЧТ), направленное против часовой стрелки вдоль периметра Черного моря, и переносятся на значительные расстояния. По мере движения они оседают на дно и формируют поля загрязненного радионуклидами осадка, совпадающие со средним положением стрежня ОЧТ, как правило, вблизи континентального склона. Характерная черта такого механизма – перенос загрязненной радионуклидами взвеси на большие расстояния от источника, долгое время пребывания частиц взвеси в воде. При меандрировании ОЧТ некоторая часть взвеси выходит в центральную часть моря либо попадает в зону действия прибрежных антициклональных вихрей (ПАВ). Выходя из зоны сильных течений, в глубоководной части моря частицы взвеси постепенно оседают на дно. Таким образом, горизонтальное перемещение радионуклидов на начальной стадии существенно преобладает над вертикальным, но на заключительном этапе преобладает вертикальная седиментация.

При выносе загрязненной взвеси мелкими водотоками, в зависимости от гидрологических условий, радионуклиды могут в течение долгого времени мигрировать, не выходя за пределы шельфа. Основным механизмом такого перемещения является волновое воздействие на дно (Крыленко и др., 2007). Для указанной акватории границей такого воздействия можно считать бровку шельфа. Миграция происходит в результате множества циклов «взвешивание–перенос–оседание», пока частица взвеси не окажется вне зоны волнового воздействия, где процесс седиментации завершается. При взмучивании в первую очередь из осадка вымываются мелкие частицы, на которых сорбируется большая часть поллютантов. Поэтому во время сильных штормов или увеличения придонных течений может происходить уменьшение концентрации ¹³⁷Cs в донном осадке и увеличение ее во взвеси, не связанное с поступлением радионуклидов с водосбора. При этом наиболее мелкие частицы взвеси могут неоднократно проходить через циклы оседания–взвешивания, и основной объем радионуклидов постепенно смещается по направлению к бровке шельфа. Соответственно, при этом на поверхности шельфа наблюдается убывание вещества, а за бровкой шельфа – накопление. Характерной чертой такого механизма является нарастание накопленного в осадке объема радионуклидов с нарастанием глубины (уменьшением волнового воздействия на дно), и пилообразный характер вертикального профиля концентраций радионуклидов в осадке. Следует отметить, что в прикавказской зоне Черного моря длины волн при экстремальных штормах могут превышать 100 м (Дивинский и др., 2003), т.е. воздействие на дно происходит практически на всей поверхности шельфа.

При выпадении загрязненной взвеси из атмосферы непосредственно в морскую воду определяющим фактором осадкообразования становится малый размер частиц. Такие частицы, попав в воду, чрезвычайно медленно оседают, перемещаясь вместе с водными массами. На заключительном этапе миграции, в глубинных слоях моря, характер накопления радионуклидов в донном осадке определяется вертикальным перемещением частиц. Следует отметить, что выпадение радионуклидов из атмосферы носило интенсивный, но кратковременный характер.

Различные пути поступления радионуклидов в Черное море обусловили и различные механизмы их дальнейшей миграции и аккумуляции. Можно выделить два основных типа распределения радионуклидов в верхнем слое осадка, один тип характерен для глубоководного осадка, другой – для осадка шельфа и континентального склона.

Примеры вертикального распределения ¹³⁷Cs в глубоководных кернах показаны на рис. 1. Хорошо видно, что в верхнем слое осадка выражены два пика. Нижний характеризует возрастание поступления радионуклидов во время массовых ядерных испытаний в атмосфере, верхний пик образовался после чернобыльской катастрофы. Видно также, что до атомных испытаний радиоактивный фон был близок к нулю. Обращает на себя внимание следующее. После чернобыльской катастрофы концентрация ¹³⁷Cs очень быстро нарастала, а затем так же быстро уменьшалась практически до нулевого значения. Это свидетельствует о том, что поступление радионуклидов на абиссальную равнину очень быстро прекратилось, и спустя некоторое непродолжительное время (вероятно, не более 10 лет) начал формироваться осадок практически без ¹³⁷Cs.

Рис. 1. Характерное распределение ¹³⁷Cs в верхнем слое донного осадка
в глубоководной части Черного моря
 

На шельфе строение донного осадка более сложное (рис. 2). Здесь чередуются слои осадка с различным механическим составом, пространственная корреляция между слоями очень слабая. Такое строение осадков свидетельствует о том, что в их формировании значительную роль играли многие нестабильные факторы. На шельфе распределение радионуклидов имеет пилообразную форму, в кернах, взятых на близком расстоянии друг от друга, часто не прослеживается корреляция между слоями. Это свидетельствует о том, что на естественный и закономерный процесс вертикального оседания радионуклидов в морской воде накладываются случайные процессы, изменяющие закономерное распределение ¹³⁷Сs с двумя пиками. С увеличением глубины моря вертикальный профиль упорядочивается, что указывает на основной фактор, нарушающий закономерный характер аккумуляции радионуклидов в донном осадке шельфа – волновое воздействие на дно. Пилообразное распределение ¹³⁷Сs наблюдается на шельфе Черного моря практически повсеместно.

Рис. 2. Характерное для шельфа и верхней части континентального склона Черного моря 
распределение ¹³⁷Cs в верхнем слое донного осадка​

Указанные два типа распределения по вертикали ¹³⁷Cs объясняются двумя типами процессов седиментации на дне моря (Есин, 2003). Два пика и отсутствие вторичных флуктуаций в распределении ¹³⁷Cs в осадке свидетельствует о преобладающей вертикальной седиментации, которая наблюдается вдали от побережья. Увеличение и уменьшение концентрации радионуклидов в донном осадке при этом связано лишь с глобальными процессами загрязнения.

На континентальном склоне, в зависимости от его уклона и интенсивности поступления в море терригенного материала, процесс седиментации может идти или как на шельфе, или как на абиссальной равнине. Характерное вертикальное распределение концентрации радионуклидов с двумя пиками является свидетельством того, что на данном участке превалирует вертикальная седиментация, т.е. материал на дно поставляется в процессе вертикального оседания взвеси. Такое распределение радионуклидов наблюдается обычно на участках континентального склона, где на берегах нет крупных рек, и, следовательно, суспензионные потоки – маломощные. Подобная ситуация наблюдается вблизи полуострова Крым (Esin et al., 2004; Esin, Kos'yan, 2004).

Пилообразное распределение радионуклидов в осадке у подножия континентального склона свидетельствует о наличии горизонтального движения придонных слоев воды, нарушающих нормальный процесс формирования осадка. Вероятнее всего, что в данном случае эти движения являются признаком наличия суспензионных потоков. При своем движении суспензионный поток размывает верхний слой ранее образованного осадка, и переносит осадочный материал на другие участки, нарушая нормальное вертикальное распределение ¹³⁷Cs. В Южном отделении Института океанологии РАН выполнена серия экспериментов по изучению процесса транспорта терригенного материала из береговой зоны моря на абиссальную равнину. В этих процессах важную роль играет горизонтальная седиментация, т.е. перенос осадка вниз по склону. В статье (Есин, 2003) описан механизм гравитационного течения суспензионного потока. Такие потоки возникают в условиях высокой насыщенности придонной морской воды взвесью. Во время штормов, паводков, сильных дождей в береговую зону моря попадает большой объем взвеси терригенного происхождения. Смешиваясь с морской водой, она формирует у берега линзы более тяжелой жидкости (суспензии), чем чистая морская вода. Вода с взвесью ведет себя как более плотная жидкость в менее плотной, кинематический коэффициент вязкости мутной воды больше значения этого коэффициента у чистой воды. Благодаря этому, она течет по дну моря в направлении наибольшего уклона. По данным экспериментов, мутная вода ведет себя как обособленная жидкость при плотностях от 1,01 до 1,3 г/см³ (рис. 3). В этом интервале плотности она образует суспензионные потоки. При больших плотностях она приобретает свойства вязкопластичной жидкости и может течь лишь при возникновении касательных напряжений, превосходящих предельное напряжение сдвига. Такие ситуации возникают на оползневых участках шельфа и континентального склона. Высота слоя текущей суспензии уменьшается по мере удаления от берега, поскольку одновременно с течением происходит осаждение взвешенных частичек. По данным наших экспериментов, скорость осаждения основных фракций черноморского глубоководного осадка составляет 10 см/час. На шельфе осадок более грубый, и он оседает быстрее. Таким образом, чем толще слой мутной воды в береговой зоне, тем большее расстояние пройдет мутьевой поток. Вместе с тем, мутная вода имеет свойства и дискретной среды. По мере течения более тяжелые частички оседают на дно, соответственно уменьшается плотность суспензии. Эксперименты показали, что на начальных участках дна течение суспензионного потока турбулентное (рис. 4), а дальше по течению оно становится ламинарным и более медленным.

Рис. 3. Зависимость кинематического коэффициента вязкости ν от плотности ρ_s 
для образцов осадка Черного моря. Глубины 1300–2000 м
 

Рис. 4. Течение суспензионного потока вниз по наклонной плоскости

 

Рассмотрим вопрос о том, когда начался процесс осаждения на дне моря радионуклидов. В экспедициях по проекту RER/2/003/ проводился отбор морской воды с различных горизонтов, и определялась концентрация в ней ¹³⁷Cs. По результатам измерений построены кривые изменения концентрации в воде ¹³⁷Cs по глубине в зависимости от времени (рис. 5). Анализ этого материала показывает, что оседание облака радионуклидов происходит очень медленно. В неподвижной воде основной объем частиц глубоководного осадка опускается на дно со скоростью 10 см/час, однако зафиксированы частицы взвеси (5–10% от общего объема), которые опускаются с большей или меньшей скоростью. Таким образом, массовое осаждение радионуклидов на дно абиссальной равнины Черного моря (глубины 2000–2200 м) началось не ранее, чем через 2–2,5 года после Чернобыльской катастрофы. На шельф радионуклиды попали значительно раньше.

То обстоятельство, что «чернобыльский» пик быстро образовался и так же быстро уменьшился до нулевого значения, указывает на два существенных обстоятельства его эволюции. Можно утверждать, что он образовался из радионуклидов, перенесенных ветром и осевших на поверхность глубокого моря. Когда эти радионуклиды опустились на дно, поступление их на абиссальную равнину резко сократилось. Поскольку поступление радионуклидов в береговую зону моря (хоть и в значительно меньшем объеме) продолжается, можно сделать вывод, что эти загрязнения практически не выходят за пределы прибрежной зоны. Весьма вероятно, поток загрязненной радионуклидами взвеси, поступающий с поверхностным стоком с суши, не может преодолеть стрежень (ОЧТ) и зону конвергенции и проникнуть в глубоководную часть моря.

Рис. 5. Концентрация ¹³²Cs в верхнем слое Черного моря в различные годы
 

Оценка объема радионуклидов, накопленных на дне моря

Как сказано выше, после Чернобыльской катастрофы образовалось несколько источников радионуклидов. Некоторые из них были разовыми (например, выпадение радионуклидов из атмосферы на поверхность моря), другие действуют длительное время. При таком расположении источников и особенностях циркуляции вод Черного моря на различных участках морского дна должен выпасть различный объем радионуклидов.

Для сравнительной оценки количества накопленного в осадке ¹³⁷Cs был использован относительный параметр Q, характеризующий количество накопленных в осадке радионуклидов, в таком виде: ; где σ – это концентрация ¹³⁷Cs (Bq/kg), dh – толщина загрязненного слоя осадка. Тогда Q = ; где величина h₁ соответствует толщине слоя осадка, при которой σ(h₁) = 0 или σ(h₁)=const, , где const – фоновая концентрация ¹³⁷Cs в осадке.

Нами была рассчитана величина Q для кернов, у которых имелись необходимые параметры (табл. 1–6). Как видно, на северо-западе Черного моря Q = 2900, в районе полуострова Синоп – 1500, у побережья Грузии – около 1000, на северо-востоке – приблизительно 1015, в регионе Керчь–Крым – 320. Уменьшение объема накопленного в донном осадке ¹³⁷Cs с севера-запада, где находятся основные источники радионуклидов (реки Дунай, Днепр), к юго-востоку и далее по периметру Черного моря против движения часовой стрелки (рис. 6), к Крыму, является закономерным, т.к. это отражает хорошо известный факт уменьшения концентрации поллютанта по мере удаления его от источника. Это подтверждает сделанный ранее вывод о том, что значительная часть поступившей с суши загрязненной радионуклидами взвеси перемещается вместе с водной массой ОЧТ. Некоторое увеличение значений Q у восточного побережья связано с увеличением в данном регионе объема поверхностного стока с прилегающей суши (реки Кавказа, играющего роль барьера на пути атмосферных масс).

Таблица 1. Параметры седиментации осадка и радионуклидов на северо-западе Черного моря

Таблица 2. Параметры седиментации осадка и радионуклидов у Синопского полуострова

Таблица 3. Параметры седиментации осадка и радионуклидов на юго-востоке Черного моря

Таблица 4. Параметры, характеризующие процессы седиментации осадка и накопления в нем радионуклидов в северо-восточном секторе Черного моря

Таблица 5. Параметры седиментации осадка и радионуклидов на Крымско-Керченском участке моря

Таблица 6. Параметры седиментации осадка и радионуклидов на абиссальной равнине Черного моря

Рис. 6. Направление миграции ¹³²Cs и объем его накопления в донном осадке.
1 – среднее положение стрежня ОЧТ; 2 – направление потока загрязненной радионуклидами взвеси

Процесс транспорта и аккумуляции пассивных поллютантов

Выявленные в предыдущих разделах закономерности загрязнения Черного моря радионуклидами позволяют в некоторой степени распространить их и на другие загрязняющие вещества, поступающие в виде взвеси или в ее составе в море. Основным отличием в механизме транспорта и седиментации радионуклидов от подобного механизма других поллютантов является возможность химического преобразования многих веществ в процессе миграции под действием морской среды или биологических процессов.

Практически все загрязняющие вещества поступают в море двумя основными путями: поступают в прибрежную зону (выносы рек, ливневые и канализационные стоки, аварийные сбросы с прибрежных объектов, продукты разрушения берегов) или в открытое море (атмосферные выпадения, морской транспорт). Механизмы транспорта и аккумуляции поллютантов в каждом из этих случаев различны.

Загрязняющие вещества, поступающие в виде взвеси или в ее составе с берега, формируют линзу воды с повышенной их концентрацией. Многочисленные натурные исследования показали, что со временем загрязненное пятно отрывается от берега и уходит в открытое море, это происходит под действием ветра или прибрежного течения. Как и в случае с радионуклидами, любая пассивная примесь продолжает участвовать в системе циркуляции воды, пока не осядет на дно. При этом на данные загрязняющие вещества в целом действуют те же механизмы, что и в случае с радионуклидами.

На основании вышеизложенных соображений можно сделать следующий вывод. Основной объем поллютантов, поступивших с суши в составе взвеси или сорбированных на ней, осядет в конечном итоге на шельфе и континентальном склоне. Преодолеть стрежень ОЧТ, направленный вдоль континентального шельфа, и связанную с ним зону конвергенции, основная масса поллютантов не может.

Загрязняющие вещества, поступающие из атмосферы в виде аэрозолей, практически сразу начинают погружаться в толщу воды. Процесс загрязнения донного осадка абиссальной равнины такими веществами идентичен таковому у радионуклидов, и их вертикальное распределение в осадке должно отражать флуктуации объема поступления данного вещества с течением времени. Пространственные различия общего количества накопленного в донном осадке поллютанта могут отражать закономерности его поступления в ту или иную акваторию, связанные с особенностями воздушных потоков или морских течений.

Особый механизм представляет собой перемещение взвеси (и содержащихся в ней ЗВ) из шельфовой зоны или с верхней части континентального склона в виде суспензионных потоков. Очевидно, что такие потоки формируются преимущественно на участках с высокими объемами поступления взвеси в прибрежную зону, узким шельфом и значительными уклонами континентального склона. Как правило, это районы впадения крупных рек с высокой мутностью, стекающих с гористых побережий. Начало движения потока может происходить по мере накопления критической массы срыва, либо инициироваться внешним воздействием. Анализ последствий катастрофического ливня 2012 г. в районе Геленджика показал, что накопление в прибрежной зоне значительных объемов взвеси и образование суспензионных потоков может происходить и на значительном удалении от устий крупных рек. Во время паводка на малой реке Ашамба струя речной воды визуально прослеживалась в море на расстоянии не менее чем 400 м. Песчаные и крупноалевритовые фракции были разнесены по всей акватории бухты, более мелкий материал был вынесен в открытое море. Объем вынесенной в море взвеси оценить сложно, но очевидно, что он был значительно больше накопленного вблизи устья материала. Концентрация взвеси в речной воде во время экстремального паводка может достигать 11 кг/м³ (Крыленко и др., 2011). Если принять за основу объем жидкого стока за время паводка ~13 000 000 м³ (Исупова и др., 2015), и оценить среднюю концентрацию взвеси в воде р. Ашамба в 10 кг/м³, то всего во взвешенном состоянии рекой могло быть вынесено не менее 130 000 т (около 65 тыс. м³) материала (Крыленко и др., 2014). Через неделю после паводка на траверзе Голубой бухты на глубине 22 м в придонном слое наблюдался слой илистой суспензии толщиной до 30 см. В течение месяца этот слой практически исчез, при этом не сформировав слоя «свежих» отложений на дне. Вероятно, вынесенная взвесь перемещалась в придонном слое под действием течений и при достижении бровки шельфа сформировала суспензионный поток.

Выводы

Анализ распределения радионуклидов на шельфе, континентальном склоне и абиссальной равнине Черного моря показал следующее:

• Абиссальная равнина Черного моря загрязнена, в основном тем объемом радионуклидов, который был принесен сюда через атмосферу. Практически весь объем поступил в морскую воду в короткие сроки после выброса радионуклидов в атмосферу, и в течение нескольких лет все они были аккумулированы в донном осадке абиссальной равнины. При оседании на дно их концентрация в осадке быстро увеличилась до максимального значения, и также быстро снизилась до фоновых значений.
• Поступление радионуклидов и их накопление в осадке, хоть и в значительно меньшем объеме, продолжается и в настоящее время. Источниками являются смыв с суши накопившихся там радионуклидов и их перенос поверхностным стоком в Черное море.
• Радионуклиды, выносимые крупными реками, перемещаются по периметру Черного моря между берегом и струей ОЧТ, медленно оседая на дно по мере удаления от своего источника. При этом их объем в донном осадке постепенно уменьшается с удалением от источника.
• Радионуклиды, поступающие с берега с поверхностным стоком, в зависимости от конкретных гидрологических условий, могут в течение долгого времени мигрировать, не выходя за пределы шельфа. При этом радионуклиды могут неоднократно проходить через циклы оседания – взвешивания, основной объем радионуклидов постепенно смещается по направлению к бровке шельфа. Основным механизмом такого перемещения является волновое воздействие на дно, на открытых побережьях зачастую наблюдающееся практически по всей поверхности шельфа. Характерной чертой такого механизма является общее нарастание накопленного в осадке объема радионуклидов с нарастанием глубины, а также пилообразный характер вертикального профиля концентраций радионуклидов в осадке.
• На узком шельфе складываются условия для формирования суспензионных потоков, являющихся основным механизмом выноса больших объемов донного осадка (в том числе загрязняющих веществ) к подножию континентального склона. Пилообразный характер вертикального распределения концентрации ¹³⁷Cs в осадке прибрежной части абиссальной равнины свидетельствует о наличии горизонтальной седиментации и периодическом прохождении здесь суспензионных потоков.
• При отсутствии условий для горизонтального перемещения осадка, вертикальное распределение концентрации ¹³⁷Cs (или иных поллютантов) в осадке носит закономерный характер и точно отражает колебания в глобальном поступлении данного элемента в рассматриваемую часть моря.

Работа выполнена в рамках госзадания по теме № 0149-2018-0013.

Список литературы

1. Дивинский Б.В., Косьян Р.Д., Подымов И.С., Пушкарев О.В. Экстремальное волнение в северо-восточной части Черного моря в феврале 2003 г. // Океанология. 2003. Т.44, №1. С. 1–3.

2. Есин Н.В. Вязкость суспензии в гравитационных потоках осадка // ДАН. 2003. Т.393, №1. С. 75–77.

3. Исупова М.В., Дзагания Е.В., Крыленко В.В., Крыленко М.В. Воздействие ливня экстремальной интенсивности на гидролого-морфологические процессы в бассейнах малых горных рек (на примере р. Ашамба) // Водные ресурсы. 2015. Т.42, №1. С. 92–99.

4. Крыленко В.В., Есин Н.В., Калмыков С.Н. Особенности загрязнения донных осадков шельфа российского сектора Черного моря радионуклидами антропогенного происхождения. // Проблемы управления и устойчивого развития прибрежной зоны моря: Материалы конф. (Геленджик, 16-20 мая 2007 г.) / Отв. ред. Жиндарев Л.А., Косьян Р.Д., Дивинский Б.В. – Краснодар, 2007. – С. 248–251.

5. Крыленко В.В., Косьян Р.Д., Крыленко М.В., Подымов И.C.  Поступление твердого материала в прибрежную зону в районе г. Геленджика в результате экстремального ливня // Океанология. 2014. Т.54, №1. С. 97–104.

6. Крыленко В.В., Исупова М.В., Крыленко М.В., Дзагания Е.В. Формирование геоэкологических особенностей устьевой области р. Мзымта и побережья Имеретинской низменности под действием естественных и антропогенных факторов // Инженерная экология. 2011. №5 (101). С. 3–15.

7. Esin N.V., Kos’yan R.D. Field study of sedimentation and radionuclide pollution of the Black Sea // Proc. of the International Conference on Isotopes in Environmental Studies: Aquatic Forum–2004 (Monte-Carlo, Monaco, 2004). – С. 277–278.

8. Esin N.V., Kos’yan R., Gulin S., Voitsekhovitch O. Study of sedimentation and particulate fluxes using radiotracer techniques. // Regional Technical Co-operation Project RER/2/003 Marine Environmental Assessment of the Black Sea. Working material. Reproduced by the IAEA. (Vienna, Austria, 2004). – Chapter 2.3.8. Study of sedimentation and particulate fluxes using radiotracer techniques. – P. 137–159.

Статья поступила в редакцию 11.09.2018

The transport and accumulation processes of the anthropogenic radionuclides 
in the Black Sea

Nikolay V. Esin, Vyacheslav V. Krylenko

Shirshov Institute of Oceanology RAS, Southern Branch (Gelendzhik, Russia)
 

The mechanism of transport and accumulation of anthropogenic radionuclides (¹³⁷Cs) in the Black Sea is analyzed on the basis of data obtained within the framework of the IAEA international project RER/2/003. The features of the sedimentation of the contaminated suspended matter to the shelf, the continental slope and the abyssal plain. The estimation of the value of ¹³⁷Cs accumulated on different parts of the sea bottom is given. On the example of transport and sedimentation patterns of radionuclides, analogies with a similar process in passive suspensions entering the sea are carried out. The influence of extreme natural phenomena on the described processes is noted.

Key words: anthropogenic radionuclides; Black Sea; pollutants; transport; migration; sedimentation; suspension; suspension flow.

Сведения об авторах

Есин Николай Васильевич 
д.г.н., г.н.с. ФГБУН «Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН», Южное отделение, Геленджик, Россия (Shirshov Institute of Oceanology RAS, Southern Branch, Russia, Gelendzhik), Лаборатория Экологии
ovos_oos@mail.ru 

Крыленко Вячеслав Владимирович 
к.г..н., н.с. ФГБУН «Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН», Южное отделение, Геленджик, Россия (Shirshov Institute of Oceanology RAS, Southern Branch, Russia, Gelendzhik), Лаборатория Экологии
krylenko.slava@gmail.com 

Корреспондентский адрес: Россия, 353470, Краснодарский край, г. Геленджик, ул. Просторная 1-г. Телефон/факс 8-861-41-280-89.

ССЫЛКА НА СТАТЬЮ

Есин Н.В., Крыленко В.В. Процессы транспорта и аккумуляции антропогенных радионуклидов в Черном море // Экология гидросферы. 2018. №1 (2).  URL: http://hydrosphere-ecology.ru/107

Уважаемые коллеги! Если Вы хотите получить версию статьи в формате PDF, пожалуйста, напишите в редакцию, и мы ее вам с удовольствием пришлем бесплатно. 

Адрес - info@hydrosphere-ecology.ru

При перепечатке ссылка на сайт обязательна

На ГЛАВНУЮ

К разделу ПУБЛИКАЦИИ